Токи покоя и напряжения покоя в усилительных каскадах

Во входной цепи каскада действуют два источника напряжения: - непосредственно сигнал, подлежащий усилению, и - некоторое постоянное напряжение, обеспечивающее требуемый режим работы каскада по постоянному току. Анализ усилительного каскада проводится с использованием входных и выходных характеристик транзистора. При этом будем полагать, что выходным является напряжение на резисторе R_к. Для этого предположим, что суммарное входное напряжение каскада остается неизменным. Построим на входной характеристике транзистора (рис. 2.3.2, а) нагрузочную прямую, пересекающую оси тока и напряжения соответственно в точках и . Наклон этой кривой определяется сопротивлением резистора , т. е. (рис. 2.3.2, б).

На выходных характеристиках транзистора также построим нагрузочную прямую, наклон которой определяется сопротивлением резистора R_к, т. е. (рис. 2.3.2, б). Эта прямая пересечет оси тока и напряжения соответственно в точках и . Если напряжения и постоянны, то базовый и коллекторный токи транзистора также будут постоянны. В базовой (входной) и коллекторной (выходной) цепях транзистора будут протекать токи покоя и . Этим токам соответствуют напряжения покоя и , которые можно найти как проекцию точки П пересечения соответствующих характеристик транзистора на оси напряжения.

Предположим, что входное напряжение каскада увеличилось на величину . Это приведет к тому, что точка пересечения нагрузочной прямой с осью напряжений на рис. 2.3.2, а сместится вправо на величину , базовый ток и напряжение база - эмиттер получат положительные приращения и . Соответственно положительные приращения получат коллекторный ток транзистора и выходное напряжение каскада (рис. 2.3.2, б). Новый режим в схеме будет характеризоваться точкой покоя .

Таким образом, любое изменение входного напряжения в рассматриваемой схеме приводит к пропорциональному изменению ее выходного напряжения. Количественно это изменение определяется коэффициентом усиления каскада по напряжению. Определим его зависимость от параметров схемы для приведенных выше условий. Согласно определению, коэффициент усиления каскада равен отношению приращений выходного и входного напряжений

.

Для рассматриваемой схемы, полагая h₁₂э=h₂₂э=0 (отсутствие внутренней обратной связи и бесконечное выходное сопротивление),найдем:

.

Следовательно,

. (2.3.5)

Полученное выражение не учитывает присутствие во входной цепи каскада балластного резистора . Этот резистор, как уже отмечалось, образует с входным сопротивлением транзистора дополнительный делитель напряжения, уменьшающий суммарный коэффициент усиления каскада. С учетом этого суммарный коэффициент усиления каскада, представляющий собой коэффициент усиления каскада по постоянному току , равен:

, (2.3.6)

Рис. 2.3.2. Входная (а) и выходные (б, в, г) характеристики усилительного каскада.

где коэффициент передачи входного делителя напряжения.

Основываясь на сказанном, для входного и выходного сопротивлений каскада можно записать следующие выражения:

, (2.3.7)

(2.3.8)

где выходное сопротивление транзистора.

Если нагрузка подключается, к выходу усилительного каскада, как показано на рис. 2.3.1, в, то выражение для выходного сопротивления каскада изменится. С учетом того, что источник является идеализированным источником напряжения,

. (2.3.9)