8. Расчет электрической цепи с биполярным транзистором по постоянному току

Расчет цепи проводится с целью определения входных и выходных токов и напряжений транзистора, работающего в режиме покоя: I_бп, I_кп, U_бэп, U_кэп, а также сопротивления резистора R_б по заданным значениям э.д.с. источника питания Е_к, сопротивления резистора R_к, коэффициента усиления  и известным ВАХ транзистора – I_б = f(U_бэ); I_к = f(U_кэ). Как правило, транзистор включается по схеме с ОЭ (рис. 4.6).

Поскольку в цепи имеются как линейные (резисторы), так и нелинейные (транзистор) элементы, цепь в целом является нелинейной. ВАХ линейного элемента представляет собой прямую, а нелинейного – кривую. Подобные цепи рассчитываются графо-аналитическим способом.

Для этого на семействе коллекторных характеристик I_к = f(U_кэ) необходимо построить ВАХ резистора R_к, которая строится по двум точкам M и N (рис. 4.8, а), удовлетворяющим уравнению

.

(4.18)

Координаты точки M: U_кэ = Е_к при I_к = 0.

Координаты точки N: I_к = Е_к/R_к при U_кэ = 0.

Построенную ВАХ резистора R_к, называют линией нагрузки по постоянному току. Точки пересечения ее с коллекторными характеристиками дают графическое решение уравнения (4.18) для данного сопротивления R_к и различных значений тока базы I_б. По этим точкам можно определить коллекторный ток I_к, а также напряжение U_кэ и U_Rк.

Точка пересечения линии нагрузки с одной из статических ВАХ называется рабочей точкой транзистора.

Положение рабочей точки на линии нагрузки можно изменить, изменив ток I_б. Начальное положение этой точки при отсутствии входного переменного сигнала называют точкой покоя − Т₀. В режиме покоя положение рабочей точки неизменно, а в активном (усилительном) режиме рабочая точка перемещается по линии нагрузки, совершая колебательные движения симметрично относительно точки Т₀ с частотой входного переменного сигнала. При положительной полуволне входного сигнала рабочая точка смещается вниз (не далее точки Y), а при отрицательной – вверх (не далее точки X).

Точке покоя Т₀ соответствуют значения тока I_кп и напряжения U_кэп режима покоя. В активном режиме точка покоя транзистора находится примерно посередине участка линии нагрузки XY ^*.

Мощность, которая рассеивается в режиме покоя на коллекторном переходе, не должна превышать предельной мощности

Ркп = IкпUкэп  Рк.max.

(4.19)

Т.к. ток I_кп в  раз больше тока I_бп, то

.

(4.20)

Току I_бп соответствует напряжение U_бэп, что определяет положение рабочей точки Т₁ на входной характеристике I_б = f(U_бэ) (рис. 4.8, б).

Для входной цепи (рис. 4.6) согласно 2-го закона Кирхгофа

Ек = Uбэп + RбIбп.

(4.21)

Таким образом, сопротивление резистора в цепи базы

.

(4.22)