Методические указания. 1. На рис. 7.8 полярность источника питания Ек соответствует усилительному каскаду с транзистором типа р - n - р

1. На рис. 7.8 полярность источника питания Е_к соответствует усилительному каскаду с транзистором типа р - n - р. Например, для транзистора КТ 312Б полярность источника Е_к должна быть противоположной.

2. Анализ работы усилительного каскада целесообразно проводить поочередно.

На семействе выходных характеристик транзистора I_к(U_кэ) (рис. 7.9) выделить область рабочих режимов, ограниченную значениями I_{к maxдоп}, и U_{к maxдоп}, а также линией максимально допустимой мощности, рассеиваемой на коллекторе P_{к max доп}.

Линия P_{к max доп} строится, исходя из того, что

,

.

Значение P_{к max доп} приведено в табл. 7.1. Задаваясь различными значениями напряжения U_KЭ, получим допустимые при этих напряжениях значения тока I_{к доп}.

Резистор нагрузки R_H и цепь коллектор-эмиттер транзистора соединены последовательно. Резистор, включаемый последовательно в цепь коллектор-эмиттер, называется коллекторным резистором. В рассматриваемом усилительном каскаде резистор нагрузки является коллекторным резистором. По второму закону Кирхгофа

E_к = U_кэ + R_HI_к. (7.1)

Вольтамперная характеристика коллекторного резистора I_к(U_RH) линейна. Вольтамперные характеристики транзистора (выходные характеристики) I_к(U_кэ) – нелинейны. Решение уравнения (7.1) может быть выполнено графическим методом, путем встречного построения вольтамперных характеристик. Нелинейные вольтамперные характеристики транзистора (рис. 7.12) построены из начала координат. Для решения уравнения (7.1) методом встречного построения вольтамперных характеристик, следует от начала координат по горизонтальной оси отложить значение Е_к (оно всегда должно быть меньше максимально допустимого коллекторного напряжения Е_к < U_{кэmaxдоп}) и из точки А построить вольтамперную характеристику коллекторного резистора R_H. Эта вольтамперная характеристика может быть построена по двум точкам, определяемым из соотношения:

.

Первая точка при U_кэ = 0, I_к = ; вторая – при I_к = 0, U_кэ = Е_к (точка А).

Вольтамперную характеристику коллекторного резистора принято называть линией нагрузки.

Линия нагрузки не должна выходить за пределы области рабочих режимов, то есть она должна лежать левее линии Р_{к max доп}, и должна выполняться условие:

≥ .

Точки пересечения линии нагрузки с выходными характеристиками транзистора, при различных значениях тока базы I_б, дают решения уравнения (7.1).

На линии нагрузки выбрать положение точки покоя (точки 0), спроецировать ее на горизонтальную ось и определить границы изменения выходного напряжения.

Для уменьшения нелинейных искажений положение точки покоя следует выбрать так, чтобы значения U_кэmin = U_кэ0 - U_mвых (точка Б) и U_кэmax = U_кэ0 + U_mвых (точка Г) лежали в пределах линейной части коллекторных (выходных) характеристик транзистора.

По выходной вольтамперной характеристике, проходящей через точку 0, определяется ток покоя базы I_б0.

Далее определяются пределы изменения коллекторного тока и тока базы.

Проекции точек Б и Г на вертикальную ось определяют максимальное I_кmax и минимальное I_кmin значения коллекторного (выходного) тока. Амплитуда переменной составляющей коллекторного тока:

.

Проекция точки 0 дает значение постоянной составляющей коллекторного тока.

 

КТ316А

КТ352 Б

б)

а)

Рис. 7.9

КТ349А, КТ351В

КТ312Б

в)

г)

Рис. 7.9

КТ351А (р-n -p)

6 8 10 КТ352А (р-n-p)

з)

	и)

 

 

Рис. 7.9

КТ316Д, КТ349А, К351В, КТ352А, КТ351А

КТ301А, КТ301Ж

КТ343В

КТ312Б

г)

в)

б)

а)

 

Рис. 7.10

 

 

	д)

КТ316А

Рис.7.10. Окончание

 

Рис. 7.11

Максимальное I _бmax и минимальное I _бmin значения тока базы определяются по вольтамперным характеристикам, проходящим через точки Б и Г (на рис. 7.11), где I_бmax = 600мкА, I_бmin = 100мкА. По значениям I _бmax и I _бmin определяется амплитуда переменной составляющей тока базы:

.

По значению тока I_б0 определяется положение точки покоя 0 на входной характеристике транзистора (рис. 7.12).

Так как входные характеристики I_б (U_бэ) мало зависят от коллекторного напряжения U_кэ, то обычно в качестве входной, принимается усредненная характеристика или входная характеристика, при U_кэ = 5 В.

Значение I_бmax определяет положение точки Б, a I_бmin – точки Г. Проекция точки О на ось напряжений определяет постоянную составляющую входного напряжения U_бэ0. Проекции точек Б и Г - максимальное и минимальное значения напряжения U_бmax и U_бmin. Амплитуда переменной составляющей входного напряжения:

.

На рис. 7.11 и 7.12 показаны графики выходных и входных напряжений U_вых, U_вх, и токов i_вых, i_вх.

Резистор R_б, включенный в цепь базы, определяет положение точки покоя, то есть значение тока базы в отсутствие входного сигнала. По второму закону Кирхгофа в режиме покоя

, (7.2)

отсюда

.

Коэффициент усиления по напряжению определяется, как отношение амплитуды переменной составляющей напряжения на выходе U_твых к амплитуде переменной составляющей напряжения на входе U_твх:

. (7.3)

Коэффициент усиления по току определяется, как соотношение амплитуды переменной составляющей тока нагрузки к амплитуде переменной составляющей тока на входе:

. (7.4)

 

Рис. 7.12

 

Коэффициент усиления по мощности определяется по формуле:

К_P = К_U · К_I. (7.5)

Емкость разделительного конденсатора С_Р определяется, исходя из того, что емкостное сопротивление на низшей частоте усиления должно быть намного меньше (раз в десять) входного сопротивления, то есть

(7.6)

или

. (7.7)

Входное сопротивление .