Вопрос 20: Статический режим работы усилительного каскада (a, b, c, d). Выбор рабочей точки

Статический режим работы усилителя

Принцип усиления сводится к тому, что в цепи с активным элементом устанавливаются определенные постоянные токи. Это называется статический режим. Он характеризуется постоянством падения напряжения на всех компонентах усилителя. При подаче перемен­ного сигнала на эту цепь, ток в цепях начнет изменяться. Этот переменные ток создаст переменное падение напряжения на этих компонентах усилителя, и значение переменного выходного сигнала будет больше входного. В зависимости от постоянного тока и значе­ний входного сигнала, различают четыре режима работы усилителя:

• Режим А

• Режим В

• Режим С

• Режим D

U_вх / I_вх

I_m

I ₀ «А»

I_m

«АВ» «В»

I ₀

Z_θ

«С»

I_с

Z_θ

А, В, С – активные режимы.

Режим А: ток выходной цепи протекает весь период входного сигнала. I_m не превышает ток I₀. Характеризуется малыми нелинейными искажениями, низкий КПД (меньше 0.5), используется в предварительных усилительных каскадах и маломощных выходных каска­дах.

Режим В: Ток течет лишь в полупериоде, угол отсечки θ = 90⁰, значительные нелинейные искажения. Используется в двухтактных выходных каскадах, КПД высокое. Чтобы уменьшить нелинейные искажения, используют режим АВ, где θ > 90⁰.

(рабочая точка внизу)

(суммирование, значительное увеличение коэффициента)

(рабочая точка вверху)

Режим С: θ < 90⁰. Ток покоя равен 0, Используют в мощных резонансных усилителях, где нагрузка – резонансный контур.

Режим D: отсечка насыщенная, это ключевой режим, уже не усилитель, закрыт – открыт.

Эквивалентная схема (нелинейная цепь):

– E_пит.

тр.

I₀ R₁

U_вых. = U_m cos (ωτ + φ)

I_вых. = I_m cos (ωτ + φ)

I_упр. U₀

U_диф.

R₂

Ток и напряжение определяют графо – аналитическим способом, который предусматри­вает построение линии нагрузки по постоянному току и основан на отношении:

E_пит. = I₀ (R₁ + R₂) + U₀ (см. практическое занятие 2).

Задать рабочую точку, это значит задать I₀ и U₀. Значения U_{управления} и I_{управления} меняются, соответственно меняются I₀ и U₀. Значения рабочей точки однозначно определяются в каждый момент времени управляющим сигналом. Для схемы с ОЭ – это ток базы. При усилении какого-либо сигнала он суммируется или вычитается из начального входного тока или напряжения (из практики 2). Усиление происходит потому, что изменение на­пряжений и токов в коллекторной цепи больше, чем входной сигнал. Положение рабочей точки О определяет режим работы транзистора (A, B, C, D). Для биполярных транзисто­ров и полевых транзисторов эта точка выбирается на уровне долей или единиц мА.

В ИМС (интегральных микросхемах) транзистор работает в микрорежимах, где I_к0 не­сколько мкА. Вообще, в усилительном каскаде нужно, чтобы удовлетворяло неравенства:

U₀ > U_m (U_m – размах входного сигнала)

I₀ > I_m

Надо, чтобы U, I, P_схемы не превышало предельно допустимых значений транзистора:

U₀ + U_m < U _{k max}

I₀ + I_m < I _{k max} это справочник

U₀* I₀ < P _{k max}

После выбора рабочей точки находят параметры цепей для обеспечения требуемого ста­тического режима работы, т.е. задают смещения в цепях базы (схема с ОЭ) или эмиттера (схема с ОБ).