КАК ВЫБРАТЬ ПОЛОЖЕНИЕ РАБОЧЕЙ ТОЧКИ

May 7, 2010 by admin Комментировать »

Зависимость тока входного электрода от напряжения на нем при по­стоянном напряжении выходного электрода называется входной статической характеристикой (рис. 3). Другими словами, для транзистора, включенного по схеме ОЭ, входная статическая характеристика представляет собой зависимость тока базы от напряжения на базе при неизменном напряжении на коллекторе. Если напряжение на коллекторе меняется, то характеристика тоже изменяется. Обычно снимают не одну, а семейство входных характеристик для различных напряжений UK3.

Выходной статической характеристикой (рис. 4) называется зависимость . тока выходного электрода транзистора от напряжения на этом электроде при неизменном токе входного электрода. При включении транзистора по схеме ОЭ — это зависимость тока Iк от напряжения UK3 при неизменном токе ба­зы IБ.

Статические характеристики предполагают, что в коллекторную цепь тран­зистора не включено сопротивление нагрузки. Если такое сопротивление есть, то изменение тока коллектора происходит не тольке под действием изменения тока или напряжения на базе, но и под действием изменения напряжения на самом коллекторе. Это последнее изменение происходит потому, что при изме­нении коллекторного тока, протекающего через резистор нагрузки RK, проис­ходит изменение падения напряжения на этом резисторе. А это значит, что в процессе усиления переменного сигнала на коллекторе транзистора, напряжение изменяется непрерывно и транзистор как бы непрерывно переходит с одной выходной статической характеристики на другую.

clip_image002 clip_image004

Рис. 3. Входная характе­ристика транзистора

Рис. 4. Выходная характеристика транзистора

Построим на выходной статической характеристике линию, которая будет характеризовать ток коллектора в зависимости от изменяющегося коллектор­ного напряжения. Такую линию называют нагрузочной (динамической) выход­ной или рабочей характеристикой транзистора. Для ее построения предполо­жим вначале, что транзистор заперт и ток коллектора равен нулю: Iк= =0. В этом случае напряжение на коллекторе равно напряжению Ек его источника питания, так как падение напряжения на нагрузке Rк отсутствует. На оси напряжений UКэ семейства статических выходных характеристик найдем точку, соответствующую иКэ — Ек. Эту точку нулевого тока обозначим М. Те­перь найдем вторую крайнюю точку динамической характеристики из предполо­жения, что напряжение на коллекторе транзистора иKЭ = 0, т. е. транзистор замкнут накоротко. В этом случае ток коллектора Ik=Ek/Rk. В действитель­ности коллекторный ток таким быть не может, так как при нулевом коллек­торном напряжении транзистор вообще не работает. Отметим, что теоретиче­ский максимальный ток на оси токов семейства статических коллекторных ха­рактеристик соответствует точке N. Таким образом, получили две крайние точ­ки динамической выходной характеристики. Остальные точки лежат на прямой, соединяющей их. Так как уравнение Uk=EkIkRk — уравнение прямой линии, через точки М и N проведем прямую, которая и есть выходная динамическая характеристика. Если изменить сопротивление нагрузки Rк, например увеличить его до RK, то ток Ik = Ek/Rk станет меньше Ik = EК/Rk и точка N опустит­ся, а динамическая характеристика наклонится вниз, повернувшись вокруг точ­ки М. При RKoo коллекторный ток прекратится. Наоборот, если уменьшить Rk, то коллекторный ток увеличится и динамическая характеристика подни­мется. Далее находят точки пересечения выходной динамический характеристи­ки со статическими характеристиками при различных токах базы. Затем опре­деляют соответствующие напряжения коллектора UK3 этих точек и строят по характеристике IБ(UКэ) точки динамической входной характеристики (см. рис. 3). Как видно из рис. 3, входная динамическая характеристика нелинейна (хотя и получена с помощью линейной выходной характеристики). Следовательно, во входной цепи усилителя возникают нелинейные искажения, т. е. если синусоидальное напряжение UБЭ входной цепи достаточно велико, то ток IБ будет нелинейным.

Обычно в справочниках не приводят семейства входных статических харак­теристик для схемы ОЭ и для ОБ. Объясняется это тем, что коллекторное на­пряжение слабо влияет на входной ток, поэтому обычно ограничиваются двумя входными статическими характеристиками: при UКЭ =0 и 5 В. Если особой точности не требуется, то можно считать, что входная динамическая характе­ристика совпадает по форме с входной статической характеристикой при UКЭ= =5 В. При этом в действительности искажения в каскаде будут меньше, так как нелинейность входной динамической характеристики меньше нелинейности, входных статических характеристик.

Бели теперь подать на базу транзистора переменное напряжение, то ра­бочая точка Т будет непрерывно перемещаться по динамической характеристи­ке в соответствии с мгновенными значениями входного напряжения. Если по­ложение рабочей точки, напряжения питании и сам транзистор выбраны не­правильно, то могут появиться значительные искажения.

clip_image006

Рис. 5. Схема усилительного тран­зисторного каскада

На рис. 5 показана принципиальная схема простейшего усилительного кас­када при включении транзистора по схеме ОЭ. Каскад содержит два источни­ка питания: Ек — коллекторного напряжения и Еб — напряжения смещения. В реальном усилительном каскаде напряжение смещения получают от источника кол­лекторного напряжения. Сделаем два опущения. Первое: нагрузка RK каскада одинакова для постоянного и переменного токов. Такое допущение справедливо-только в том случае, когда выходное напряжение каскада подается на устройство с очень большим входным сопротивле­нием. В нашей схеме роль такого сопро­тивления играет сопротивление резистора Ru переходной цепи, т. е. первое допу­щение справедливо, если Rn>RK. Одна­ко в реальных условиях роль резистора. Ra играет небольшое входное сопротив­ние следующего каскада, поэтому на­грузка транзистора для постоянного то­ка не равна нагрузке для переменного тока. Второе допущение: внутреннее со­противление источника сигнала будем считать одинаковым для постоянного и переменного токов (хотя в действитель­ности это не так).

Работа усилительного каскада зависит от исходного режима, т.е. от положе­ния рабочей точки Т на характеристиках при отсутствии сигнала (режим по-постоянному току) и от амплитуды входного сигнала. Как видно из характе­ристик на рис. 3 и 4, исходный режим по постоянному току, т. е. исходное положение рабочей точки Т на характеристиках, зависит от напряжения источ­ника смещения Еб, так как именно этим напряжением определяется (при от­сутствии входного сигнала) ток базы IБ, а следовательно коллекторный ток Iк и напряжение UКэ. Таким образом, изменяя напряжение смещения на базе Е6, можно установить необходимое исходное положение рабочей точки Т на вы­ходной характеристике транзистора. Каким же должно быть это положение?

Если неправильно выбрать положение рабочей точки Т (рис. 6), то тран­зистор в процессе усиления будет периодически находиться в режиме насыще­ния (когда коллекторный ток максимален и не увеличивается, несмотря на про­должающееся увеличение амплитуды входного сигнала), либо в режиме отсечки (когда коллекторный ток минимален из-за запирания транзистора). В обоих случаях усиление сигнала будет происходить со значительными нелинейны­ми искажениями, т. е. форма выходного тока усилительного каскада не будет со­Ответствовать форме входного усиливаемого сигнала. Поэтому положение точ­ки Т на выходной характеристике должно удовлетворять условиям:

|Uкт|> UКэт+UКЭmin; | UКЭT| + UKЭm<UKЭmax

Таким образом, выяснив из приведенных соотношений исходное положе­ние точки Т на выходной динамической характеристике, определяют соответст­вующей этому положению исходный ток базы IБT (см. рис. 4 — для нашего случая IБт = 0,6 мА). Затем, отыскав на входной динамической характеристи­ке точку, соответствующую IБТ, определяют необходимое для создания этого тока напряжение смещения на базе U БЭ (по рис. 3 току IБГ = 0,6 мА необхо­димо напряжение смещения на базе UБ=0,37 В). Однако надо учитывать и мощностные возможности транзистора. Ведь, произведение напряжения Uкэ ,,, соответствующее точке Т, на ток коллектора Iк г — это мощность Рк, рассеи­ваемая на транзисторе в состоянии покоя. Она не должна превышать допустимую для данного транзистора Ркmах, иначе он перегреется и выйдет из строя. Поэтому условие для выбора транзистора по мощности: |UKa т|Iкт<PK max.

clip_image008

Рис. 6. График работы усилительного транзисторного каскада

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты