УСИЛИТЕЛИ

Глава шестая

СТАТИЧЕСКИЙ РЕЖИМ УСИЛИТЕЛЬНОГО КАСКАДА

6-1. ВЫБОР РАБОЧЕЙ ТОЧКИ

В режиме покоя усилительного каскада, когда нет сигнала, нужно правильно выбрать рабочую точку транзистора, т. е. совокупность тока покоя /,( и напрян.ения покоя U. На семействах характеристик ОБ и ОЭ, показанных на рис. 6-1 вместе с соответствующими схемами каскадов, рабочие точки обозначены буквой А. Через эту точку, как известно, проходят обе.линии нагрузки: статическая и динамическая R (см. [111, рис. 2-23]).

Рабочая точка выбирается, исходя из заданных максимальных амплитуд выходного напряжения (t/m) и связанного с ним тока l/ffl = UJiR II R )], а именно

UA>Um, fuA>Im. (6-1)

Для линейных усилительных каскадов неравенства (6-1) долн.ны выполняться достаточно сильно. Помимо этого рабочая точка должна удовлетворять условиям

кАкА Р к.доп

(6-2)

т. е. долнша лен.ать левее вертикали t/,;. и нин.е гиперболы Рк. доп. где /к.доп и к. доп - допустимые напрян.ение и мощность (рис. 6-1).

В случае малого сигнала (десятые доли вольта и менее) выполнение соотношений (6-1) не встречает затруднений, так что рабочая точка может выбираться из условий максимального коэффициента Р, максимальной граничной частоты f , достаточно малой потребляемой мощности и т. п. Чаще всего используется режим, рекомендованный в справочниках.

Определив желательные координаты рабочей точки (Ua, Ika), нужно обеспечить их в реальной схеме, выбрав соответствующие напрян.ения источников питания и смещения, а такн.е номиналы режимных резисторов. Такие расчеты можно выполнить, аналитически.

Поскольку наибольшее распространение имеют каскады, в которых транзистор работает по схеме ОЭ, возьмем за основу эквивалентную схему на рис. 4-22. Введем в нее для общности источники э. д. с. и внешние сопротивления в цепи всех трех электро-

дов Тогда получится обобщенная эквивалентная схема каскада (рис. 6-2, а), действительная для постоянных составляющих токов и напряжений при любом включении транзистора (ОБ, ОЭ, ОК). Здесь собственное сопротивление базы входит в сопротивление Rii, а падение напряжения на эмиттерном переходе отражено генерато-

Ск к.доп

Рис. 6-1. Расположение рабочей точки А на коллекторных характеристиках, а - в каскаде ОБ; б - в каскаде ОЭ.

ром э. Д. с. t/эб. Обобщенная схема позволяет найти токи и напряжения в каскаде.

Определим ток базы, воспользовавшись принципом суперпозиции. Положим сначала (3 = 0; / о == О (холостой ход генераторов тока), а затем = = Еу = U- - О (короткое замыкание генераторов э. д. с.) и найдем соответствующие составляющие базового тока. Ток /б будет суммой этих составляющих, из которых первая обусловлена действием э. д. с. Е + Е(, - Use,- во входном контуре, а вторая - ответвлением тока в цепь базы. Результат можно записать в следующем виде:

-Гб/к.

(6-За)

Здесь Еб = £в + -£ 6 - суммарная внешняя э. д. с. в контуре эмиттер - база; /?эв = Ra + Rb - суммарное сопротивление в том же контуре:

- коэффициент токораспредемния, показывающий, какая часть

Влияние сопротивления г* при расчетах режима не очень существенно, но вносит осложнения в анализ. Поэтому роль этого сопротивления будет оценена позднее, в гл. 13.

тока /,t ответвляется в базу. Подставляя (6-2а) в выран.ение для коллекторного тока (4-72) и решая относительно /,;, получаем:

Р(эб-эб)/эБ + /к0

(6-Зв)

Рис. 6-2. Обобщенные эквивалентные схемы каскада для постоянных составляющих (а) и для приращений (дрейфа) постоянных составляющих (б).

Если в исходное выражение (6-За) подставить UsO ~ t/вб - и решить получающееся уравнение относительно /g, то предыдущие выражения переходят в следующие:

-Уб1к,

(эб-вб)/э5 + 0

(6-4а) (6-46)

(6-4в)

Здесь Rgfs = Rb + R, а напряжение Ue, находят по входным характеристикам при токе Ia ~ кЛ*-

Как видим, при условии г = оо, которое мы приняли, компоненты и Rk не оказывают влияния на ток коллектора, поскольку они включены последовательно с генераторами тока. Величины и /?к связаны соотношениями (рис. 6-2, а):

-.E,-J,R, + U + U,.

.(6-5а) (6-56)

Для кремниевых транзисторов обычно принимают Ua6= 0,7 В, см. с. 146,