Работа усилительного элемента с нагрузкой

Если в выходную цепь усилительного элемента включить сопротивление нагрузки R_К, а во входную – источник сигнала Е_С, и к входу и выходу подать постоянное напряжение источника питания, то транзистор будет работать в нагрузочном режиме (динамическом режиме).

Рисунок 139 – Схема включения БТ в нагрузочном режиме

Напряжение источника питания Е_К в выходной цепи распределяется между сопротивлением R_К и выходными зажимами транзистора U_КЭ по закону Кирхгофа:

E_КЭ=U_КЭ+U_RН=U_КЭ+I_КR_К

Уравнение является уравнением прямой линии, которую можно построить по двум точкам, отложенным по осям координат на выходных статических характеристиках транзистора. Точку А на оси напряжений получаем, приравняв I_К к нулю. При этом напряжение U_КЭ=E_К, точку В на оси токов получаем при U_КЭ=0. В этой точке I_К=Е_К/R_К. Проведенная через эти точки прямая является нагрузочной линией по постоянному току.

Рисунок 140 – Построение нагрузочной прямой на выходных статических характеристиках

Нагрузочная прямая позволяет определить для каждого значения тока I_К, соответствующее ему значение напряжения U_КЭ при данном сопротивлении нагрузки R_К и ЭДС источника питания E_К. Если напряжение источника сигнала E_C=0, то в этих цепях установится постоянные токи и напряжения. Такой режим работы называется режимом покоя, на характеристике обозначается точкой Р.Т.

На основе нагрузочной линии по переменному току делается анализ работы биполярного транзистора в нагрузочном режиме.

Рисунок 141 – Анализ работы БТ в нагрузочном режиме по переменному току

На вход подано постоянное напряжение смещения, для выбора точки покоя (точка Р.Т.). При данном напряжении на выходе также будет постоянное напряжение смещения U_КЭ0, которое задается резистором R_К. На вход также подано напряжение источника сигнала U_ВХ = U_ВХmsinwt. В соответствии с этим напряжением меняются токи I_Б и I_К, при этом токи I_Бmin и I_Бmax находятся в месте пересечения данной выходной статической характеристики с нагрузочной линией. В месте их пересечения им соответствуют токи I_Кmax и I_Кmin. Проекция этих точек на ось напряжения U_КЭ позволяет определить напряжение U_КЭmin, а I_Кmin – I_Кmax. Таким образом, при подаче на базу переменного напряжения меняется соответственно I_К и U_КЭ. Напряжение сигнала на выходе усилительного элемента будет в противофазе напряжению сигнала на входе (поворачивает фазу сигнала на 180⁰). С увеличением входного сигнала увеличивается ток I_К, а напряжение U_КЭ соответственно уменьшается, и наоборот.

С помощью выходной нагрузочной линии можно определить:

выходную мощность усиленного сигнала :

P_ВЫХ=I_КmU_КЭm/2,

мощность, потребляемую от источника сигнала:

Р₀=I_К0E_К,

а также КПД :

h=Р_ВЫХ/Р₀*100%.

При значении тока базы большем, чем т. N транзистор переходит в режим насыщения. При значении тока базы меньшем, чем М, транзистор в режиме отсечки.