7.2. Входные динамические характеристики каскада.

Нагрузкой транзистора по постоянному току является сопротивление R_К которая определяет наклон нагрузочной линии по постоянному току. При работе по переменному току транзистор оказывается нагружен R_Экв=R_КR_Н. Так как R_Экв<R_К то наклон нагрузочной линии меняется (она имеет более крутой наклон). Это можно показать на выходных характеристиках транзистора (см. Рис. 7.3):

Рис. 7.3 – изменение наклона нагрузочной линии на выходных ВАХ для схемы с ОБ.

Здесь линия (1) – нагрузочная линия по постоянному току, а линия (2) – нагрузочная линия по переменному току. Исходя из принципа суперпозиции, нагрузочную линию по переменному току можно перенести в точку покоя (линия (2') Рис. 7.3).

Связи между входными и выходными параметрами (I_Э с I_К,I_КБ) осуществляют по нагрузочной линии 2'. В связи с этим можно построить динамические характеристики, т.е. характеристики учитывающие изменение выходного напряжения от изменения входного тока.

Построим динамическую входную характеристику для схемы с ОБ (см. Рис. 7.4):

Рис. 7.4 – построение динамической входной характеристики для схемы с ОБ.

Построение динамической входной характеристики осуществляется путем переноса соответствующих точек нагрузочной линии по переменному току, с входных ВАХ транзистора на входные.

Как видно из Рис. 7.4 динамическая входная характеристика для схемы с ОБ более линейна, чем статические характеристики.

Аналогично для сравнения построим динамическую входную характеристику для схемы с ОЭ (Рис. 7.5):

Рис. 7.5 - построение динамической входной характеристики для схемы с ОЭ.

Видно, что динамическая входная характеристика для схемы с ОЭ более нелинейна, чем статические, а это значит, что схема с ОЭ имеет большие искажения, чем схема с ОБ.

Рассмотрим работу схемы усилителя с источником ЭДС и источником тока. Для этого воспользуемся Рис. 7.6:

Рис. 7.6 – оценка нелинейных искажений усилителя при работе с источником ЭДС и источником тока.

На Рис. 7.6 линия (1) – переходная характеристика;

линия (2) – динамическая входная характеристика.

• При работе с источником ЭДС (R_Вн.Ист0 следовательно нагрузочная линия на входных ВАХ параллельна оси I_Э), из-за нелинейности динамической входной характеристики происходит искажения формы входного тока, а следовательно резкие искажения выходного тока.

• В случае работы с источником тока (R_Вн.Ист), входной ток не искажается, а следовательно обеспечиваются минимальные искажения выходного тока.

В реальных усилителях имеет место промежуточный вариант (R_Вн.Ист0 конечная величина), угол наклона нагрузочной линии на входных ВАХ определяется R_Вн.Ист (см. Рис. 7.7).

Рис. 7.7 - искажения усилителя при работе с реальным источником.

7.3. Методы расчета нелинейных искажений.

Для расчета нелинейных искажений используют 2 метода:

• В режимах близких к линейному (режим класса "А") применяют метод 5-и ординат;

• В нелинейном режиме (режим класса "В") применяют метод углов отсечек.

Рассмотрим метод 5-и ординат:

Зависимость тока коллектора от входного напряжения определяется сквозной характеристикой. И из-за искажений, при синусоидальном входном напряжении, получим несинусоидальный ток коллектора, который можно представить рядом Тейлора:

где .

Для получим:

преобразовав получим:

Для того, чтобы достаточно точно рассчитать нелинейные искажения достаточно определить 4 гармоники. Для этого на сквозной характеристике при 5-и значениях t получим значения 5-и ординат:

1) ; 2)

3) 4)

5)

Графически это представлено на Рис. 7.8:

Рис. 7.8 – определение 5-и ординат.

По полученным значениям 5-и ординат определим I_m1, I_m2, I_m3, I_m4 и I_0К:

;

;

;

;

.

После этого можно рассчитать коэффициент нелинейных искажений:

, , .

.

Заключение:

для расчета нелинейных искажений необходимо:

• Рассчитать режим работы каскада по постоянному току, и определить угол наклона нагрузочной линии по переменному току;

• На основании выходных ВАХ и нагрузочной линии по переменному току, строят переходную характеристику во втором квадранте;

• В третьем квадранте на выходных ВАХ строят динамическую выходную характеристику;

• На основании динамической входной и переходной характеристик строится сквозная характеристика сквозная характеристика (для конкретного R_Вн.Ист);

• По сквозной характеристике и заданному E_Вх (при его значениях +E_m, -E_m, , и 0) устанавливают конкретные значения 5-и ординат (I_max, I_min, I_0K, и ) и по формулам рассчитывают гармоники I_К;

• Определяют коэффициенты искажений каждой гармоники (до 4-ой) и общий коэффициент искажения. Если _Общ_Зад расчет оканчивают, иначе применяют меры для понижения коэффициента искажений( увеличивают R_Вн.Ист, выбирают другой транзистор или смещают рабочую точку на более линейный участок ВАХ).