
2.3. Токи в схеме усилительного каскада
В цепях
усилительного каскада протекают как
постоянный, так и переменный токи. Из-за
наличия в схеме конденсаторов эти токи
протекают по разным цепям. Цепь постоянного
тока показана на рис.2.2. Она состоит из
двух параллельно включенных ветвей.
Одна из них включает транзистор, другая
– делительную цепочку
R-R
.
Через резистор R
протекают два тока: ток базыIБ
и ток делительной цепочкиI
.
Оба эти тока существенно меньше тока
коллектораI
.
Уравнение состояния цепи постоянного
тока, протекающего через транзистор,
записывается на основе второго закона
Кирхгофа для контура, в который входят
транзистор, резисторы
R
и R
,
а также источник
Е
.
С учетом малой величины внутреннего
сопротивления этого источника и малого
отличия токов эмиттера и коллектора
уравнение состояния можно представить
как
Е
= U
+ I
(R
+ R
).
(2.2)
Откуда
U= Е
-
I
(R
+ R
).
(2.3)
Поскольку транзистор является нелинейным элементом, решение уравнения (2.3) проводится методом пересечения характеристик: линии нагрузки, определяемой правой частью уравнения, и выходной вольтамперной характеристикой транзистора (левая часть уравнения). Необходимые построения в соответствии с этим методом решения представлены на рис.2.4.
Рис.2.4. Линии нагрузки на выходной характеристике
транзистора: 1 - по постоянному току, 2 - по переменному току
Линия нагрузки
по постоянному току, построенная в
координатах I
- U
,
пересекает оси в точкахЕ
(режим холостого хода) и
I
=
(режим короткого замыкания). Тангенс ее угла наклона к оси ординат может быть выражен как
= R
+ R
= R
¯
.
(2.4)
Величина R¯
- определяет сопротивление, на
которое нагружен выход транзистора по
постоянному току. Действительно, как
отмечалось, можно считать, что в
коллекторную цепь питания транзистора
входят два резистора
R
и R
,
включенные последовательно.
Выходная
вольтамперная характеристика транзистора,
пересечение с которой линия нагрузки
дает точку покоя. Эта точка определяет
значения постоянных токов коллектора
и базы (I
иIБП),
а также напряжение коллектор-эмиттер
(U
).
Величина токаIБПзависит от сопротивлений резисторов
R
иR
делительной цепочки. На рис.2.4 отмечены
значения тока коллектора
I
и напряжения коллектор-эмиттерU
,
соответствующие точке покоя. Точка
покоя через значение тока базыIБПопределяет величину напряжения
база-эмиттерUБЭП(по входной характеристике транзистора).
В связи с этим постоянные токи и напряжения
транзистора на рис.2.2 обозначены с
индексом “п”.
Переменная
составляющая коллекторного тока
транзистора, как видно из рис.2.4, состоит
из двух частей. Первая часть тока
протекает через резистор R,
источник питанияЕ
и конденсаторС
;
вторая часть – через конденсаторС
,
сопротивление нагрузкиR
и конденсаторС
1.
Таким образом, если пренебречь
величинами сопротивлений для переменного
тока конденсаторов
С
и С
и внутреннего сопротивления источника
Е
,
то транзистор по переменному току
оказывается нагруженным на два
сопротивления R
и R
,
включенными параллельно.
R˜
= R
║R
.
(2.5)
Соотношение (2.5) определяет угол наклона, с которым линия нагрузки по переменному току (прямая 2 на рис.2.4) проходит через точку покоя. При этом
R˜
=
=
< R
.
Следовательно, линия нагрузки по переменному току для схемы усилительного каскада на рис.2.2 через точку покоя должна проходить под большим углом к оси напряжения, чем линия нагрузки по постоянному току. Линия нагрузки по постоянному току является геометрическим местом точек покоя, определяющих постоянные значения напряжений и токов транзистора. Линия нагрузки по переменному току определяет режим работы транзистора в фиксированный момент времени.