3. Определение положения рабочей точки.

Рабочая точка есть точка С, расположенная на нагрузочной линии, характеризующаяся значениями I_С и U_С, которые определяют напряжение и ток коллектора в статическом режиме работы усилителя (в отсутствии входного сигнала). Положение рабочей точки определяется тем, кто рассчитывает усилитель, исходя из следующих соображений:

1. Если мы хотим получить на выходе максимальное выходное напряжение U_вых, то положение рабочей точки С выбирается в середине рабочего участка нагрузочной линии. При таком положении точки С она оказывается расположенной в середине интервала напряжения DU_K, а так как изменение U_K соответствует изменению выходного напряжения, то в DU_K укладывается полный выходной сигнал, и соответствуетU_ампл. выходного сигнала.

2. Во всех остальных случаях рабочая точка С смещается в направлении точки В. При этом выходной сигнал уменьшается. Смещение точки С в направлении точки В обуславливает минимальное потребление электроэнергии в статическом режиме работы.

Пусть положение точки С выбирается из условия получения максимального выходного сигнала (в середине рабочей области нагрузочной линии). Определяем для С значения I_KС и U_KС (Рис. 8), эти значения определяют статический режим работы усилителя. Таким образом, мы при выполнении 1, 2 и 3 этапов определили R_Н, U_KC, I_KC, DI_K, DU_K.

Рис. 8

4. Перенос рабочей точки с на семейство входных характеристик.

Так как нагрузочная линия пересекает выходные характеристики, а каждая выходная характеристика определяется для конкретного тока базы, то каждая из точек пересечения соответствует определенному значению тока базы. Это позволяет проградуировать нагрузочную линию в значениях тока базы и рассматривать её как ось тока базы

Введя ось тока базы, мы можем определить значение I_б, соответствующее точке С.

Определим значение I_бС.

Перейдем к рассмотрению семейства входных характеристик (Рис. 9).

Осуществим перенос рабочей точки С на семейство входных характеристик. Для этого на оси тока базы отметим значение тока базы, соответствующее I_бС. Проведем через точку, соответствующую I_бС, прямую, параллельную оси U_бэ.

Рис. 9

Эта прямая пересечет семейство входных характеристик. Каждая входная характеристика определялась для конкретного значения U_К, следовательно точки пересечения прямой линии и входных характеристик будут соответствовать конкретным значениям U_к, что позволяет совместить прямую с осью напряжений на коллекторе. На этой проградуированной оси отметим точку, соответствующую U_кС. Эта точка и будет точкой С. Перенесем таким же образом точки А и В на входные характеристики и построим по ним нагрузочную линию (Рис. 10). Она не обязательно будет прямой линией. Следует не забывать, что транзистор - нелинейный прибор.

Рис. 10

Определим для точки С напряжениеU_бэС.

5. Расчет делителя на входе усилителя.

Будем исходить из допущения, что

I_дел>>I_бmax>I_бС

Тогда общее сопротивление R делителя определится:

, током базы можно пренебречь.

R₁=R-R₂

6. Моделирование работы усилителя.

Проведем моделирование работы усилителя на основе биполярного транзистора.

Будем предполагать, что рассматривается схема усилителя, рассмотренная перед этим. Нам даны семейства входных и выходных характеристик для биполярного транзистора, используемого в схеме усилителя. Входной сигнал описывается соотношением:

U_вых=U₀sin wt

Будем полагать, что входной сигнал представляет собой идеальную синусоиду.

Пусть амплитудное значение равно 1 или 10, тогда U_вых»sinj, а синусоиду построить достаточно легко, воспользовавшись табличными значениями sinj.

Обратимся к семейству входных характеристик. На семействе входных характеристик построена нагрузочная линия АСВ. Проведем через точку С прямую, перпендикулярную к оси U_бэ, и продолжим её вниз. Построенная линия будет представлять собой ось времени t, на которой мы построим нашу синусоиду.

Полный период синусоиды состоит из положительного и отрицательного полупериодов и соответствует или 360⁰. Разобьем каждый полупериод на участки относительно оси t, равные 15⁰, и спроецируем точки синусоиды, соответствующие этим значениям, на нагрузочную линию.

Построим дополнительную ось t^|, проводя через точку С линию, параллельную оси U_бэ. На этой оси за осью I_б выделим участки, соответствующие 15⁰ периода входного сигнала. Они должны равными интервалам 15⁰ на оси t. Проведем через каждую точку линии, перпендикулярные оси t^|. После этого через точки, лежащие на нагрузочной линии (точки проецирования), проведем линии, параллельные оси t^|, до пересечения с вспомогательными линиями, построенными к оси t^|. По точкам пересечения построим синусоиду. Построенная синусоида может отличаться от синусоиды входного сигнала, так как транзистор все же нелинейный прибор и об этом нельзя забывать. Построенная синусоида показывает, как изменяется ток базы при изменении входного сигнала (Рис. 11).

Рис. 11

На втором этапе моделирования входной сигнал (синусоиду тока базы) нужно перенести на семейство выходных характеристик. Для этого проделаем некоторую предварительную работу.

Воспользуемся тем, что нагрузочная прямая может быть представлена осью тока базы. Градуировка оси I_б достаточно проста. Каждая кривая I_б=f(U_б) соответствует конкретному значению I_б, и точка пересечения с линией нагрузки соответствует этому значению I_б.

Проведем через точку С ось t^||, перпендикулярную к оси I_б и перенесем на неё синусоиду тока базы с семейства входных характеристик. При переносе следует не забывать, что мы переносим не её геометрический образ, а значения токов базы.

Строим вспомогательную ось t^|||, проходящую через точку С, параллельную оси U_К, и проецируем на неё построенную синусоиду, используя прямую нагрузки как вспомогательную ось. Вся процедура моделирования показана на рисунках 11 и 12.

Рис. 12

Заочники.

Заочники пользуются данными методическими указаниями при выполнении контрольной работы №1. По таблицам строятся семейства входных и выходных характеристик. Определяются значения h₁₁иh₂₁. Значение К_u соответствует двум последним цифрам номера зачетки. Расчет проводится в соответствии с указаниями, включая моделирование работы УНЧ.