Токи в схеме усилительного каскада

В цепях усилительного каскада протекают как постоянный, так и переменный токи. Из-за наличия в схеме конденсаторов эти токи протекают по разным цепям. Цепь постоянного тока показана на рис.2. Она состоит из двух параллельно включенных ветвей. Одна из них включает транзистор, другая – делительную цепочку R - R . Через резистор R протекают два тока: ток базы I _Б и ток делительной цепочки I . Оба эти тока существенно меньше тока коллектора I . Уравнение состояния цепи постоянного тока, протекающего через транзистор, записывается на основе второго закона Кирхгофа для контура, в который входят транзистор, резисторы R и R , а также источник Е . С учетом малой величины внутреннего сопротивления этого источника и малого отличия токов эмиттера и коллектора уравнение состояния можно представить как

Е = U + I (R + R ). (2)

Откуда

U = Е - I (R + R ). (3)

Поскольку транзистор является нелинейным элементом, решение уравнения (3) проводится методом пересечения характеристик: линии нагрузки, определяемой правой частью уравнения, и выходной вольтамперной характеристикой транзистора (левая часть уравнения). Необходимые построения в соответствии с этим методом решения представлены на рис.4.

Рис.4. Линии нагрузки на выходной характеристике

транзистора: 1 - по постоянному току, 2 - по переменному току

Линия нагрузки по постоянному току, построенная в координатах I - U , пересекает оси в точках Е (режим холостого хода) и

I =

(режим короткого замыкания). Тангенс ее угла наклона к оси ординат может быть выражен как

= R + R = R ¯. (4)

Величина R ¯ - определяет сопротивление, на которое нагружен выход транзистора по постоянному току. Действительно, как отмечалось, можно считать, что в коллекторную цепь питания транзистора входят два резистора R и R , включенные последовательно.

Выходная вольтамперная характеристика транзистора, пересечение с которой линия нагрузки дает точку покоя. Эта точка определяет значения постоянных токов коллектора и базы (I и I _БП), а также напряжение коллектор-эмиттер (U ). Величина тока I _БП зависит от сопротивлений резисторов R и R делительной цепочки. На рис.2.4 отмечены значения тока коллектора I и напряжения коллектор-эмиттер U , соответствующие точке покоя. Точка покоя через значение тока базы I _БП определяет величину напряжения база-эмиттер U _БЭП (по входной характеристике транзистора). В связи с этим постоянные токи и напряжения транзистора на рис.2 обозначены с индексом “п”.

Переменная составляющая коллекторного тока транзистора, как видно из рис.4, состоит из двух частей. Первая часть тока протекает через резистор R , источник питания Е и конденсатор С ; вторая часть – через конденсатор С , сопротивление нагрузки R и конденсатор С [1]. Таким образом, если пренебречь величинами сопротивлений для переменного тока конденсаторов С и С и внутреннего сопротивления источника Е , то транзистор по переменному току оказывается нагруженным на два сопротивления R и R , включенными параллельно.

R ˜ = R ║ R . (5)

Соотношение (5) определяет угол наклона, с которым линия нагрузки по переменному току (прямая 2 на рис.2.4) проходит через точку покоя. При этом

R ˜ = = < R .

Следовательно, линия нагрузки по переменному току для схемы усилительного каскада на рис.2 через точку покоя должна проходить под большим углом к оси напряжения, чем линия нагрузки по постоянному току. Линия нагрузки по постоянному току является геометрическим местом точек покоя, определяющих постоянные значения напряжений и токов транзистора. Линия нагрузки по переменному току определяет режим работы транзистора в фиксированный момент времени.