18.4. Динамические характеристики усилительного элемента

В реальных цепях к выходу усилительных (активных) элементов обычно подключают нагрузку (резисторы, индуктивные катушки и др.). Такой режим работы активного элемента называют динамическим. Рас­смотрим динамический режим работы активного элемента на примере простейшей схемы усилителя на биполярном транзисторе, включенном по схеме с ОЭ, когда вход и выход схемы подсоединены к источ­никам постоянного напряжения смещения и а усиливаемый сигнал на вход не подан (рис. 18.8). Выходное напряжение в этом случае в соответствии со вторым законом Кирхгофа

(18.23)

Если напряжение на входе изменится, то изменится и ток эмит­тера а следовательно, и ток коллектора В соответствии с (18.23) изменится выходное напряжение. Таким образом, в динамическом режиме работы активного элемента изменение напряжения на его входе вызывает изменение напряжения на его выходе.

Анализ работы и расчет усилительных каскадов можно провести гра­фическим методом с использованием динамических характеристик.

Н агрузочные линии. С помощью нагрузочных линий или выходных динамических характеристик можно установить зависимость выходного тока от напряжения на выходе усилителя для различных значений входного сигнала. Когда сигнал отсутствует, в цепях усилителя проте­кает постоянный ток, называемый током покоя, и связь между выход­ным током и выходным напряжением можно установить по формуле (18.23). Зависимость при есть прямая линия, которую можно построить по двум точкам: полагая что соответствует короткому замыканию выходных зажимов, определяют значение тока на оси ординат (первая точка), а считая что имеет место при холостом ходе со стороны выходных зажимов, находят на оси абсцисс вторую точку U_K = Ек. Проведенную между этими точками линию называют нагрузочной линией постоянного тока или нагрузочной прямой постоянного тока. На рис. 18.9 построено семейство из двух нагрузочных линий по­стоянного тока, соответствующих двум значениям сопротивления нагрузки и и напряжению Наклон прямых определяется соответственно углами α₁ и α₂, где Если значения E_k (R_k = const) другие, то нагрузочные линии переместятся парал­лельно вправо или влево.

Н агрузочные линии строят на семействе выходных статических ха­рактеристик, точки пересечения с которыми определяют значения I_к = f(U_к) для заданных значений R_k и E_к и различных значений токов базы I_б. Например, показанная на рис. 18.9 нагрузочная линия, соот­ветствующая значениям R_kl, E_k и току базы определяет ток коллектора и напряжение на выходе

В многокаскадных усилителях выходные цепи через разделительный конденсатор С нагружены входным сопротивлением следующего каскада, которое в большей части полосы рабочих частот можно считать активным R_н. По переменному току нагрузочное сопротивление усили­теля равно не R_k а R_k||R_н, так как сопротивление R_н включено параллельно резистору R_k (см. рис. 18.8,б). Нагрузочная линия каскада, когда по цепи протекает переменный ток, отличается от нагрузочной линии постоянного тока и называется нагрузочной линией переменного тока. Нагрузочная линия переменного тока пересекается с нагрузочной линией постоянного тока в так называемой начальной рабочей точке, так как в момент прохождения переменного сигнала через нуль рабо­чая точка находится в начальном положении. Наклон нагрузочной линии переменного тока определяется углом На рис. 18.9 она проходит через начальную рабочую точку А круче соот­ветствующей нагрузочной прямой постоянного тока при (пунктир на рисунке).

Входная динамическая характеристика - это зависимость I_вх = f(U_вх) в динамическом режиме. Для схемы усилителя с транзистором, вклю­ченным по схеме с ОЭ, — это зависимость Графически ее строят путем переноса точек пересечения нагрузочной прямой со стати­ческими выходными характеристиками на семейство входных стати­ческих характеристик. Поскольку входные статические характеристики для разных значений отличаются очень незначительно, обычно в качестве динамической входной характеристики используют усредненную входную статическую характеристику (кривая 1 на рис. 18.10 б).

Проходная динамическая характеристика — это зависимость U_вых = f(U_вх) или в динамическом режиме. Для усилителя

с транзистором, включенным по схеме с ОЭ, — это зависимость I_k = f(U_Б) или Вид проходной характеристики показан на рис. 18.10, а (кривая 2).