2.3. 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.2.2. Она состоит из двух параллельно включенных ветвей. Одна из них включает транзистор, другая – делительную цепочку R-R. Через резистор Rпротекают два тока: ток базыI_Б и ток делительной цепочкиI. Оба эти тока существенно меньше тока коллектораI. Уравнение состояния цепи постоянного тока, протекающего через транзистор, записывается на основе второго закона Кирхгофа для контура, в который входят транзистор, резисторы Rи 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). (2.2)

Откуда

U= Е - I(R+ R). (2.3)

Поскольку транзистор является нелинейным элементом, решение уравнения (2.3) 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.2.4.

Рис.2.4. 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 точкахЕ(режим холостого хода) и

I =

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

= R+ R= R¯ . (2.4)

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 иI_БП), а также напряжение коллектор-эмиттер (U). Величина токаI_БПзависит от сопротивлений резисторов RиRделительной цепочки. На рис.2.4 отмечены значения тока коллектора Iи напряжения коллектор-эмиттерU, соответствующие точке покоя. Точка покоя через значение тока базыI_БПопределяет величину напряжения база-эмиттерU_БЭП(по входной характеристике транзистора). В связи с этим постоянные токи и напряжения транзистора на рис.2.2 обозначены с индексом “п”.

Переменная составляющая коллекторного тока транзистора, как видно из рис.2.4, состоит из двух частей. Первая часть тока протекает через резистор R, источник питанияЕи конденсаторС; вторая часть – через конденсаторС, сопротивление нагрузкиRи конденсаторС¹. Таким образом, если пренебречь величинами сопротивлений для переменного тока конденсаторов Си Си внутреннего сопротивления источника Е, то транзистор по переменному току оказывается нагруженным на два сопротивления Rи R, включенными параллельно.

R˜ = R║R. (2.5)

Соотношение (2.5) 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.2.2 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.