2.2.2 Точка покоя и напряжение смещения

Условием совпадения формы переменной составляющей тока с формой подан­ного на вход усилительного элемента управляющего напряжения является ли­нейная зависимость между ними, графически выраженная прямой. Статические характеристики биполярных и полевых транзисторов криволинейны. Поэтому возможны искажения поданного сигнала. Отсутствия искажений сигнала можно добиться, используя участок характеристики, близкий к прямой.

Обратимся к рисунку 3.6, а. Это участок АВ на входной характеристике биполяр­ного транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером.

Подадим на вход транзистора переменное напряжение мвх сигнала:

u_вх = U_{вх. m} sin t.

При этом входной ток транзистора будет меняться пропорционально измене­нию напряжения u_вх.

Для того чтобы при обеих полуволнах переменного напряжения u_вх полувол­ны переменной составляющей тока i_Б не выходили за пределы прямолинейного участка АВ, на вход транзистора необходимо подать прямое напряжение U_БЭО.

Точка на статической характеристике, однозначно определяемая постоянным напряжением на входе и выходе, называется точкой покоя. В нашем случае это точка М.

Напряжение смещения – это постоянно напряжение, которое подается на вход усилительного элемента для выбора точки покоя.

У биполярных транзисторов точка покоя может быть задана и постоянным током на входе - током смещения.

Рисунок 3.6 – Входная характеристика биполярного транзистора по схеме с ОЭ

При положительной полуволне переменного напряжения сигнала uвх (смотрите рисунок 3.2) общее мгновенное напряжение на входе транзистора: uБЭ = UБЭО + Uвх.m sin t увеличивается и, соответственно, будет увеличиваться входной ток IБ. При отрицательной полуволне напряжения uвх, которое является обрат­ным для эмиттерного перехода npn - транзистора, общее напряжение на входе транзистора uБЭ = UБЭО –Uвх.m sin t уменьшается и, следовательно, уменьшает­ся входной ток IБ. Поэтому результирующий ток на входе транзистора является пульсирующим (рисунок 3.6, б).

Он содержит постоянную I_Б0 и переменную i_Б со­ставляющие тока, которые меняются по закону изменения входного напряже­ния u_вх: i_Б = I_Бm sin t. Каждое изменение входного тока I_Б вызывает соответст­вующее изменение выходного тока в коллекторной цепи Iк, так как Iк = h_21ЭI_Б.

Режим покоя — это режим работы усилительного элемента при подаче на его электроды постоянных напряжений и в отсутствие на его входе напряжения элек­трического сигнала, который требуется усилить.

В режиме покоя в цепи источ­ник питания — коллектор течет постоянный ток Iко. При подаче переменного на­пряжения сигнала на вход транзистора в этой же цепи появляется переменная составляющая коллекторного тока i_K = I_Km sin t.

Таким образом, энергия постоянного тока источника питания преобразуется в энергию переменного тока, который меняется по закону поданного на вход пе­ременного напряжения.

Итак, чтобы обеспечить минимум искажений, то есть для совпадения формы выходного тока с формой поданного на вход сигнала, точку покоя выбирают на линейном участке характеристик управления.

ВЫВОДЫ:

1. Усилитель электрических сигналов — это устройство, позволяющее получить в нагрузке мощность, которая больше мощности поданного на вход сигнала.

2. В процессе усиления электрических сигналов энергия источника питания Р0 преобразуется в энергию переменного тока полезного сигнала на выходе Рвых, который меняется по закону поданного на вход электрического сигнала.

3. Получение высокого КПД и совпадение формы усиленного сигнала на выходе с формой поданного сигнала на входе зависит от выбора точки покоя.