Электроника в вопросах и ответах

Наличие сопротивления нагрузки приводит к возникновению падения напряжения на этом сопротивлении за счет постоянной составляющей выходного тока, а подключение источника управляющего напряжения вызывает как изменение протекающего через транзистор тока, так и дополнительное падение напряжения на сопротивлении нагрузки. Связь между токами и напряжениями в этом случае определяется именно рабочей характеристикой.

При определении рабочей (нагрузочной) характеристики при усилении переменных колебаний следует учитывать фактическое сопротивление нагрузки, которое для переменного тока может иметь другое значение, чем для постоянного тока.

Что можно сказать о рабочей характеристике схемы ОБ?

Усилитель, работающий в схеме ОБ, представлен на рис. 4.10, а, а выходные характеристики I_к = f(U_кб) для I_э = const — на рис. 4.15.

Для выходной цепи можно записать следующее уравнение:

I_кR_к + U_кб = Е_к

которое говорит о том, что сумма падений напряжения на сопротивлении R_к и на переходе коллектор — база должна быть численно равна напряжению источника питания. Для R_к = 2 кОм и Е_к = 12 В на основании этого уравнения получим два крайних значения: U_кб = 0, если I_к = 6 мА, и U_кб = 12 В, если I_к = 0.

На семействе характеристик I_к = f(U_кб) обозначим через Р₁ и Р₂ точки, соответствующие этим значениям, а затем проведем через них прямую, называемую нагрузочной прямой.

В рассматриваемом примере нагрузочная прямая одинакова для переменного и постоянного тока, поскольку в представленной на рис. 4.10, а схеме сопротивление нагрузки (резистивное) не зависит от частоты. Точка Р₀, лежащая на этой прямой и соответствующая значениям I_к и U_кб в схеме при отсутствии сигнала на входе, называется рабочей точкой в состоянии покоя Р₀. При заданных значениях R_к и Е_к рабочая точка зависит от значений R_э и Е_э, определяющих напряжение смещения перехода эмиттер — база, а следовательно, и ток I_э. В режиме линейного усиления рабочую точку выбирают таким образом, чтобы она лежала вблизи середины нагрузочной прямой, проходящей через точки Р₁ и Р₂.

На семействе характеристик I_к = f(U_кб) можно нанести управляющее колебание. Если изменения мгновенного значения тока эмиттера, вызванные этим колебанием, будут находиться, в пределах от i_{э мах} до i_{э min}, то, двигаясь вдоль этой прямой, можем определить диапазон изменений тока и напряжения между коллектором и базой.

Когда сопротивление нагрузки для переменного тока имеет другое значение, чем для постоянного, на семействе характеристик строим две нагрузочные прямые: одну для постоянной составляющей, другую для переменной. Обе прямые всегда пересекаются в рабочей точке.

Рис. 4.15.Нагрузочная характеристика в семействе статических выходных характеристик схемы ОБ

Что можно сказать о рабочей характеристике схемы ОЭ?

Схема усилителя, работающего по схеме ОЭ, представлена на рис. 4.12, а, а примерные выходные характеристики I_к = f(U_кэ) для I_б = const на рис. 4.16, а. При построении рабочей характеристики принято Е_к = 12 В, R_к = 2 кОм, а также использовано уравнение

I_кR_к + U_кэ = Е_к

Затем построена нагрузочная прямая. Рабочая точка покоя Р₀ выбрана для I_б = 80 мкА. Для точек Р₁ и Р₂ в этом случае имеем:

I_б(Р₁) = 120 мкА; I_к(Р₁) = 5 мА;

I_б(Р₂) = 40 мкА; I_к(Р₂) = 1,3 мА.

Используя нагрузочную прямую, можно вычислить некоторые параметры рассматриваемой схемы. Например, коэффициент усиления по току

Можно также рассчитать значение коэффициента передачи по напряжению. Для этого следует воспользоваться входной статической характеристикой I_б = φ(U_бэ) для U_кэ = const (рис. 4, 16, б, с учетом того, что для U_кэ выбираем значение, соответствующее рабочей точке Р₀ на характеристике I_к = f(U_кэ) (рис. 4.16, а). Затем выбираем такое значение E_б или для заданного Е_б такое сопротивление R_б, чтобы нагрузочная прямая пересекла эту характеристику в точке, соответствующей току базы для рабочей точки Р₀ (рис. 4.16, а). Вдоль оси напряжения U_бэ определим U_бэ управляющего напряжения для токов базы от I_б(Р₁) до I_б(Р₂). Из рис. 4.16, а получим U_кб = 30 мВ, а из рис. 4.16, U_кб = ΔI_кR_к = 6 В, т. е. коэффициент усиления по напряжению для этого примера равен

K_UЭ = U_кб/U_бэ = 6 В/30 мВ = 200.

Рис. 4.16.Нагрузочная характеристика в семействе выходных (а) характеристик схемы ОЭ и определение управляющего напряжения в схеме ОЭ (б)

Что такое полевой транзистор?