2.2. РЕЖИМ ПОКОЯ В КАСКАДЕ С ОБЩИМ ЭМИТТЕРОМ

Выделение режима покоя при анализе электронных схем является одним из типовых приемов схемотехнической электроники.

Рис. 2.3. Каскад с ОЭ

Рис. 2.4. Временные диаграммы токов и напряжений в каскаде с ОЭ

Продолжим рассмотрение каскада с ОЭ в наиболее распространенном классе усиления — классе А. Схема каскада приведена на рис. 2.3; вначале будем рассматривать упрощенный вариант каскада при . Схема содержит знакомые нам компоненты: усилительный элемент — транзистор, источник питания , сопротивление коллекторной нагрузки На схеме появилось сопротивление коллекторной нагрузки , к которому приложено напряжение ивых, а входная цепь условно представлена в виде последовательного включения двух источников напряжения (В § 2.5 мы уточним способы связи каскада с источником сигнала и с нагрузкой, пока отметим лишь, что в классе усиления А на вход каскада помимо входного сигнала подается постоянное напряжение смещения ).

На рис. 2.4 представлены временные диаграммы напряжений и токов в каскаде с ОЭ. При в режиме покоя через транзистор протекают постоянные токн и к базе и коллектору транзистора приложены постоянные напряжения .

Для того чтобы в режиме покоя , в цепь нагрузки необходимо ввести источник постоянного компенсирующего напряжения . При приложении входного напряжения токи и напряжения в транзисторе получают приращения , которые показаны на рис. 2.4 для входного сигнала произвольной формы. Мгновенные значения токов и напряжений в транзисторе могут быть найдены с помощью графического метода, который является одним из эффективных средств анализа нелинейных цепей.

В схеме рис. 2.3 имеется лишь один нелинейный элемент — транзистор; связь токов и напряжений в транзисторе представлена его ВАХ (см. рис. 1.7), в частности его выходными характеристиками

(2.1)

При графическом анализе линейная часть схемы описывается уравнением в тех же координатах .

Рассмотрим режим покоя. Допустим, что в цепь нагрузки включен источник компенсирующего напряжения . Тогда в режиме покоя ток в нагрузочную цепь не ответвляется и уравнение линейной части схемы записывается в виде

Решаем систему уравнений (2.1), (2.2) графически, для этого через семейство выходных характеристик транзистора проводим линию нагрузки по постоянному току, описываемую (2.2). Из (2.2) находим, что при и при . Через две найденные точки проводим прямую линию. Зададим ток базы в режиме покоя , тогда пересечение линии нагрузки по постоянному току с выходной характеристикой транзистора при будет соответствовать решению системы уравнений (2.1), (2.2) - точке покоя ).

Рис. 2.5. Графический расчет каскада с ОЭ: выходная характеристика при и нагреве

Графический анализ каскада при наличии входного сигнала производится аналогично. Рассмотрим контур прохождения тока через линейную часть схемы. Этот ток может пройти через , а также через . Поскольку сопротивление источников постоянного напряжения для приращений тока (т. е. их сопротивление для переменной составляющей тока) равно нулю, уравнение линейной части схемы имеет вид

где — обозначение параллельного соединения резисторов. Решаем совместно (2.1) и (2.3). Для этого через семейство выходных характеристик транзистора (рис. 2.5) проводим через точку покоя линию нагрузки по переменному току АО В в соответствии с выражением (2.3). Поскольку , прямая АОВ идет круче линии нагрузки по постоянному току.

При увеличении рабочая точка каскада перемещается вверх по прямой ОА, ток растет, падает. При уменьшении тока базы рабочая точка перемещается по прямой ОВ, ток падает, растет. Прямая АОВ — это траектория рабочей точки каскада.

Графический анализ позволяет учесть нелинейность характеристик транзистора, дает возможность рассматривать действие любых сигналов в любом классе усиления. Недостатком его являются громоздкость и невозможность выбора параметров элементов каскада по заданным требованиям. Главное достоинство графического анализа — наглядное представление о работе каскада как о схеме с нелинейным элементом.

В § 1.5 мы отметили сильную зависимость тока от температуры. При нагреве растет , выходная характеристика при сохранении равенства смещается вверх, как показано штрихпунктирной линией на рис. 2.5. Точка покоя перемещается вверх по линии нагрузки по постоянному току из 0 в , в результате чего приращения сигналов могут выйти за участок II передаточной характеристики (см. рис. 2.2) и форма кривой сигнала будет искажена (кривая при нагреве на рис. 2.5). Поэтому в транзисторных усилителях необходима стабилизация точки покоя и каскады без стабилизации практически не применяются. Стабилизация режима покоя позволяет не только исключить искажения формы сигнала при нагреве, но и стабилизировать режим при замене транзистора, поскольку параметры транзисторов имеют от экземпляра к экземпляру большой разброс, указанный в паспортных данных прибора.