§ 2.1. Точка покоя биполярного транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером (режим класса а)

Для усилителя переменного тока (рис. 2.3 а), работающего в режиме класса А, точку покоя удобно определять, заменив схему 2.3 а эквивалентной (рис. 2.3 б). При этом

(2.1)

(2.2)

Чтобы определить ток базы покоя и напряжение запишем 2-ой закон Кирхгофа для входной цепи транзистора:

, (2.3)

или, учитывая связь между токами базы и эмиттера:

. (2.4)

Статический коэффициент передачи тока считаем известным.

Уравнение (2.4) - это уравнение нагрузочной прямой, которую можно построить в плоскости входных характеристик транзистора (рис. 2.1 а). При этом

(2.5)

Точка пересечения нагрузочной прямой с правой (соответствующей ак­тивному режиму) характеристикой дает значения , .

Рис. 2.3. Эквивалентная схема резисторного усилителя для определения точки покоя

Для определения выходных параметров покоя и запишем 2-ой закон Кирхгофа для выходной цепи транзистора

. (2.6)

Величины и можно определить аналитически, используя связь

, (2.7)

откуда

. (2.8)

Однако часто точное значение параметра неизвестно, поэтому точнее и можно определить, построив нагрузочную прямую в плоскости выходных характеристик транзистора. Точки пересечения этой прямой с осями координат определяются формулами

; . (2.9)

Учитывая, что , c хорошей точностью можно считать, что

. (2.9 а)

Положение точки покоя определяется по пересечению нагрузочной пря­мой с характеристикой, соответствующей току (рис. 2.1 б).

§ 2.2. Расчет резисторного усилителя переменного тока

Для расчета входной цепи усилителя (рис.2.3 а) по переменному току воспользуемся эквивалентной схемой (рис.2.4 а). Здесь учтено, что сопро­тивления и по переменному току включены параллельно, а сопротивление шунтировано емкостью (величину емкости считаем достаточно большой, чтобы емкостным сопротивлением переменному току можно было пренебречь по сравнению с ). Эквивалентная схема входной цепи для случая, когда в схеме усилителя отсутствует емкость , изображена на рис. 2.4 б.

Рис. 2.4. Эквивалентная схема для расчета входной цепи резисторного усилителя по переменному току

Если в схеме усилителя есть шунтирующая емкость (рис. 2.4 a), то для амплитудных значений токов и напряжений входной цепи усилителя можно записать следующие выражения:

, (2.10)

причем

. (2.11)

Входное сопротивление усилителя равно

. (2.12)

Если в схеме усилителя отсутствует емкость , то в выражениях (2.10) и (2.12) согласно схеме рис. 2.4 б следует заменить входное сопротивление транзистора на сумму . Входное напряжение будет превышать на величину падения напряжения на сопротивлении , поэтому вместо (2.11) следует пользоваться выражением

. (2.12 а)

Для расчета выходной цепи усилителя можно пользоваться эквивалент­ной схемой, изображенной на рис. 2.5. Эта схема справедлива, если усилитель работает в области частот, для которых емкостное сопротивление конденсатора пренебрежимо мало по сравнению с активным сопротивлением нагрузки .

Рис. 2.5. Эквивалентная схема для расчета выходной цепи резисторного усилителя по переменному току

Согласно схеме рис. 2.5 для амплитудных значений токов и напряжений выходной цепи усилителя можно записать следующие выражения:

, (2.13)

Если на вход усилителя подается переменный сигнал, то полный ток коллектора и напряжение складываются из постоянной (отвечающей режиму покоя) и переменной составляющих. Колебания напряжения и полного тока коллектора во времени относительно точки покоя можно проследить в плоскости выходных характеристик транзистора (см. рис. 2.1). Рабочая точка будет перемешаться вдоль нагрузочной прямой по полному переменному току. Уравнение этой нагрузочной прямой можно записать в виде

, (2.14)

где использовано обозначение

. (2.15)

Точки пересечения нагрузочной прямой с осями координат можно найти из уравнения (2.14):

, (2.16)

. (2.17)

Здесь и - соответственно точки пересечения с осями и . Прямая (2.14) проходит через точку покоя.

Коэффициенты усиления по току и напряжению можно определить, пользуясь эквивалентными схемами рис. 2.4 а и рис. 2.5:

(2.18)

(2.19)

Если в схеме рис. 2.3 а отсутствует емкость , то в выражениях (2.18) и (2.19) величину следует заменить на сумму .

Коэффициент усиления по мощности равен произведению

. (2.20)

Коэффициент полезного действия усилителя определяется как отно­шение мощности, выделяемой в нагрузке, , к мощности, потребляемой от источника питания, :

. (2.21)