![](/user_photo/2706_HbeT2.jpg)
Электроника / Лекция 08
.doc1. Графический анализ процесса усиления
Детальный анализ процесса усиления в каскаде на биполярном транзисторе для наглядности целесообразно проводить при использовании построений на входной и выходной характеристиках прибора, которые представлены на рис.2.5 и 2.6. Каскад работает в режиме, при котором точка покоя находится в центре рабочей области на выходной характеристике транзистора, где зависимости токов и напряжения можно считать линейными. Значения электрических параметров в этой точке (постоянных токов базы и коллектора, IБП и IКП, а также постоянных напряжений база-эмиттер и коллектор-эмиттер, UБЭП и UКЭП) представлены на рис.2.5 и 2.6 горизонтальными (для токов) и вертикальными (для напряжений) прямыми.
При подаче переменного напряжения на вход усилительного каскада величина напряжения база-эмиттер uБЭ будет изменяться относительно UБЭП. Поэтому, как показано на рис.2.5, наряду с постоянной составляющей напряжения база-эмиттер UБЭП, появляется переменная составляющая этого напряжения с амплитудой UБЭm. При изменении напряжения uБЭ в течение периода входного сигнала наблюдается перемещение рабочей точки по входной характеристике относительно точки покоя П, а, следовательно, появление переменной составляющей базового тока с амплитудой IБm, что также иллюстрируется на рис.2.5.
Положение рабочей точки на выходной характеристике определяется пересечением вольт-амперной характеристики, соответствующей току базы в фиксированный момент времени, с линией нагрузки по переменному току, поэтому изменение тока базы в течение периода, которое происходит в интервале значений от IБП - IБm д о IБП + IБm, вызывает перемещение
Рисунок 2.5. Графическое определение мгновенных значений тока
и напряжения входной цепи транзистора в составе
усилительного каскада ОЭ
Рисунок 2.6. Графическое определение мгновенных значений тока
и напряжения выходной цепи транзистора в составе
усилительного каскада ОЭ
рабочей
точки на выходной характеристике
относительно точки покоя. Это перемещение
происходит вдоль линии нагрузки по
переменному току. Рабочая точка смещается
вниз от точки покоя П при отрицательном
полупериоде входного переменного
напряжения (до точки В) и вверх – при
положительном (до точки А), как показано
на рис.2.6. Перемещение рабочей точки по
линии нагрузки приводит к появлению
переменных составляющих коллекторного
тока и напряжения коллектор-эмиттер,
а, следовательно, к появлению переменных
составляющих этих параметров. Амплитуды
переменных составляющих обозначены на
рис.2.6, соответственно, I
и U
.
Величины этих амплитуд связаны между
собой законом Ома через величину
сопротивления нагрузки транзистора по
переменному току
I
=
.
(2.8)
Переменная
составляющая напряжения u
через конденсатор
С
передается в выходную нагрузку. Переменный
ток коллектора не весь протекает через
сопротивление нагрузки
R
.
Поскольку резисторы R
и
R
в цепи переменного тока к выходу
транзистора подключены параллельно,
то амплитуда переменного тока в нагрузке
I
=
I
.
(2.9)
Тогда величина мощности в нагрузке может быть определена как
Р
= 0,5 I
U
.
(2.10)
Откуда
видно, что для получения более высоких
значений выходной мощности сопротивление
резистора
R
должно быть существенно больше
сопротивления нагрузки.
Построения на рис.2.5 и 2.6 приведены для случая, когда точка покоя находится в центре рабочей области на выходной характеристике транзистора. Такой режим каскада по постоянному току соответствует режиму класса А. Если точка покоя находится на вольтамперной характеристике для IБ = 0, такой режим называется классом В. В этом режиме работы эмиттерный переход транзистора будет находиться в открытом состоянии только в течение положительного полупериода входного напряжения, а перемещение рабочей точки в течение периода входного сигнала возможно лишь в сторону больших значений коллекторного тока и меньших значений напряжения коллектор-эмиттер. Таким образом, в этом режиме ток коллектора транзистора представляет собой ряд импульсов с периодом, совпадающим с периодом входного сигнала, как показано на рис.2.7.
Рисунок 2.7. Временная зависимость коллекторного тока
транзистора в составе усилительного каскада в режиме класса В
Разложение в ряд Фурье импульсов на рис.2.7 показывает, что переменная составляющая тока коллектора, кроме основной, первой гармоники, имеющей частоту входного сигнала, содержит и высшие гармоники с частотами, кратными частоте входного сигнала. Наличие высших гармоник свидетельствует об искажении сигнала при его усилении, т.е. о нелинейном режиме усиления каскада. Этим режим усиления класса В принципиально отличается от режима класса А, при котором возможно усиление без искажения сигнала.
В
усилителе возможна реализация режима
класса С, когда точка покоя находится
ниже оси
U.
Коллекторный ток в таком режиме имеет
вид также ряда импульсов, но их длительность
будет меньше полупериода входного
сигнала. Следовательно, режим усиления
класса С является нелинейным.
Анализ
построений на рис.2.5 и 2.6 показывает, что
положительному полупериоду входного
напряжения соответствует отрицательный
полупериод выходного напряжения, а
отрицательному полупериоду входного
напряжения соответствует положительный
полупериод выходного, т.е. при усилении
происходит изменение фазы сигнала на
180.
Таким образом, усилитель со схемой,
приведенной на рис.2.3, - инвертирующий.