3.2. Выбор рабочей точки

Для выбора рабочей точки транзисторного усилителя используется семейство выходных вольт-амперных характеристик. Выбор точки покоя сводится к выбору тока коллектора I_КПи напряжения U_КПв режиме покоя, когда на вход усилителя не подается входной сигнал.

Для определения точки покоя используют нагрузочную прямую постоянного тока, описываемую уравнением (для схемы с ОЭ):

U_КЭ=E-I_КR₌, (3.2.1)

где Е- напряжение питания, R₌- сопротивление постоянному току, включенное в выходную цепь R₌=R_К+R_Э.

Для построения нагрузочной прямой постоянного тока на горизонтальной оси откладывают напряжение питания, а на вертикальной оси- ток равный E/R₌и соединяют эти две точки.(рис. 3.4).

Точки пересечения нагрузочной прямой постоянного тока со статической выходной характеристикой для заданного тока или напряжения базы называется точкой покоя.

Нагрузочная прямая переменного тока описывается уравнением:

U_КЭ=U_КП-I_КR_{~ ,} (3.2.2)

где I_К- изменение тока коллектора, R_~- сопротивление переменного тока, включенное в выходную цепь. При R_~<R₌ нагрузочная прямая идет более круто по сравнению с нагрузочной прямой постоянного тока. Нагрузочные прямые переменного тока используют для расчета каскадов, работающих при большой амплитуде сигнала.

Для усилителей напряжения точка покоя выбирается исходя из амплитуды напряжения на коллекторе U_KMи амплитуды тока коллектора I_KM=U_KM/, где-сопротивление нагрузки переменному току

(=R_КR_Н).

Рабочая точка усилителя не должна попадать в область насыщения и в область отсечки, поэтому точка покоя должна удовлетворять условиям: U_КП>U_КМ+U_КЭmin , (3.2.3)

I_KП7, (3.2.4)

где U_КЭmin- напряжение на коллекторе, соответствующее началу прямолинейного участка выходных характеристик U_КЭmin=1-2В,0.7-0.95- коэффициент запаса. При больших значенияхмогут возникать нелинейные искажения, а при меньших ухудшается К.П.Д.

Положение рабочей точки должно также удовлетворять условиям: U_КП+U_КМ<U_КЭmax , (3.2.5)

U_КПI_КП<P_Кmax . (3.2.6)

В случае малого выходного сигнала выбор рабочей точки производят с учетом зависимостей параметров транзистора от режима и из соображений экономичности. Выбирают такие I_КПи U_КПпри которых коэффициент передачи тока h_21Эи предельная частота усиления будут максимальны. Большим значениям U_КПбудет соответствовать малая емкость коллектора, влияющая на частотные свойства. Для повышения экономичности выбирают I_КПи U_КПкак можно меньше. При этом необходимо, чтобы мгновенные значения тока коллектора не были меньше I_Кmin=0,6-0,8 мА, так как при меньших токах возрастают нелинейные искажения.

I_КП>I_КМ+I_Кmin. (3.2.7)

В усилителях мощности точка покоя выбирается с учетом максимально допустимого напряжения коллектора и максимально допустимой мощности:

U_КП(3.2.8)

I_KП=. (7.2.9)

Выбрав точку покоя усилителя определяют соответствующий ей ток базы I_БПи по входным характеристикам получают напряжение базы в режиме покоя U_БП.(рис. 3.5).

Полученные режимы I_КП, U_КП, I_БПи U_БПобеспечиваются соответствующими источниками и резисторами.