5.4 Входные динамические характеристики транзисторов. Сквозная характеристика каскада

Нагрузкой транзистора по постоянному току является сопротивление R_К, которое определяет наклон нагрузочной линии по постоянному току. При работе по переменному току транзистор оказывается нагружен на меньшее эквивалентное сопротивление R_Экв=R_КR_Н. Так как R_Экв<R_К то наклон нагрузочной линии по переменному току более крутой. Положения нагрузочных линий на выходных характеристиках транзистора показаны на рис. 5.13.

Рисунок 5.13 — Нагрузочные линии по переменному и постоянному токам на выходных ВАХ транзистора, включенного по схеме с ОБ

Здесь (1) — нагрузочная линия по постоянному току, (2) — определяет угол наклона нагрузочной линии по переменному току. Поскольку транзистор работает в линейном режиме с учетом принципа суперпозиции, нагрузочную линию по переменному току необходимо перенести в точку покоя (линия (2')) (см. рис. 5.13).

Связи между входными и выходными параметрами (I_Э с I_К, U_КБ) осуществляют по нагрузочной линии 2'. В связи с этим нужно строить динамические входные характеристики, которые учитывают изменение выходного напряжения от изменения входного тока. Результаты построения динамической входной характеристики для схемы с ОБ приведены на рис. 5.14. Они осуществлены путём переноса соответствующих точек нагрузочной линии по переменному току, с выходных ВАХ транзистора на входные. Как видно из рис. 5.14 динамическая входная характеристика для схемы с ОБ более линейна, чем статические характеристики, поэтому схема с ОБ обладает минимальными искажениями.

Рисунок 5.14 — Динамическая входная характеристика для схемы с ОБ

Аналогично построим динамическую входную характеристику для схемы с ОЭ (см. рис. 5.15). Из рисунка следует, что динамическая входная характеристика для схемы с ОЭ более нелинейна, чем статические, это означает, что схема с ОЭ имеет большие нелинейные искажения, чем схема с ОБ.

Рассмотрим методику построения сквозной характеристики каскада, учитывающую нелинейность входных и выходных ВАХ. Усилитель может работать с источником Э.Д.С. и источником тока. Для установления связей между входными током и Э.Д.С. с выходным током I_К выполним построения, приведенные на рис. 5.16.

В первом квадранте расположены выходные характеристики транзистора с нагрузочной линией по переменному току (2') проходящей через рабочую точку по постоянному току "О". Во втором квадранте строят переходную характеристику (1) каскада, связывающую входной ток (I_Э) с выходным током (I_К) через точки пересечения нагрузочной линии с выходными характеристиками транзистора.

Рисунок 5.15 — Динамическая входная характеристика для схемы с ОЭ и фрагменты ее построения

Рисунок 5.16 — Оценка нелинейных искажений усилителя при работе с источником ЭДС и источником тока

Динамическую выходную характеристику строят в третьем квадранте (2). На ней однозначно определяется рабочая точка "О".

Если на вход поступает синусоида от источника тока I_Э(t), то нелинейность входной динамической характеристики не влияет на форму выходного тока. При этом имеет место нелинейность переходной (1) характеристики и ток коллектора почти синусоидален.

В случае работы с источником Э.Д.С. Е_Вх(t), получим существенно большие искажения, так как при переходе от Е_Вх к I_Э сказывается нелинейность входной динамической характеристики, и осциллограмма I_К получается более несинусоидальная. При работе с источником ЭДС (R_Вн.Ист0, следовательно, нагрузочная линия на входных ВАХ параллельна оси I_Э), из-за нелинейности динамической входной характеристики происходит искажения формы входного тока, а следовательно резкие искажения выходного тока (см. рис.5.16).

В случае работы с источником тока (R_Вн.Ист), входной ток не искажается, а следовательно обеспечиваются минимальные искажения выходного тока.

В реальных усилителях имеет место промежуточный вариант (R_Вн.Ист0 конечная величина), угол наклона нагрузочной линии на входных ВАХ определяется R_Вн. (см. рис. 5.17). При изменении Е_Вх(t) нагрузочная линия перемещается параллельно самой себе, обуславливая осциллограмму выходного тока I_К. Нелинейные искажения имеют место и по величине находятся между двумя рассмотренными ранее случаями.

В реальных схемах всегда имеет место R_Вх0, т.е. последний рассмотренный вариант. Увязывая Е_Вх и I_К, получают сквозную характеристику транзисторного каскада, при этом нужно брать абсолютные значения Е_Вх и I_К. Вид этой характеристики приведен на рис. 5.17 (б).

По заданному входному сигналу относительно точки "О" по методу 5^И ординат (см. раздел 5.5) определяют искажения.