2. Построение проходной динамической характеристики.

Прежде чем рассматривать схемные особенности выходных каскадов, остановимся на характеристике возможных режимов их работы.

Найдем графическую зависимость выходного тока транзистора от напряжения на его входе I_ВЫХ = φ(U_BX). Такая зависимость получила название проходной динамической характеристики тран­зистора.

Рассмотрим порядок ее построения для транзистора типа прп, включенного по схеме с общим эмиттером (рис. 13.14). Для по­строения этой характеристики необходимо;

1. в семействе статических выходных характеристик транзистора по заданным величинам Е_К и R_Н построить нагрузочную прямую АВ (рис. 13.14, а);

Рис. 13.14. Построение проходной динамической характеристики транзистора:

а — нагрузочная прямая в семействе выходных статических характеристик;

б — входная характеристика; в — проходная динамическая характеристика

2. отметить точки пересечения нагрузочной прямой со статиче­скими характеристиками (1, 2, 3 и т. д.) и найти соответствующие этим точкам величины выходного тока (тока коллектора) и вход­ного тока (тока базы) (рис. 13.14, а);

3. перенести найденные значения тока базы на входную статическую характеристику транзистора, снятую при U_КЭ ≠ 0 (обычно U_КЭ =5 В) (рис. 13.14, б);

4. по оси абсцисс графика входной характеристики найти значения входных напряжений (U_БЭ), соответствующие каждому значению тока базы (в точках 1', 2', 3' и т. д.) (рис. 13.14, б);

5. каждому значению напряжения U_БЭ найти соответствующие значения тока I_K (отмеченные ранее в семействе выходных характе­ристик) и построить график зависимости I_K = f(U_БЭ), т. е. I_ВЫХ =f(U_BX) (рис 13.14, в).

В зависимости от выбора рабочей точки на проходной динамической характеристике транзистора различают три основных режима работы усилительного каскада: А, В и АВ.

Для работы каскада в ре­жиме А на базу подается такое напряжение смещения, чтобы рабочая точка Р, оп­ределяющая исходное состоя­ние схемы при отсутствии входного сигнала, располага­лась примерно на середине прямолинейного участка ха­рактеристики (рис. 13.15, а). В этом режиме напряжение смещения U_БЭР по абсолют­ной величине всегда больше амплитуды входного сигнала (U_БЭр ≥ U_mBX), а ток покоя I_Kp всегда больше амплитуды переменной составляющей вы­ходного тока (I_Kp > I_Kт). Поэтому в режиме A при подаче на вход каскада синусоидального напряжения в выходной цепи будет протекать ток, изменяющийся также, по синусоидальному закону. Это обусловливает минимальные не­линейные искажения сигнала. Однако этот режим является наименее экономичным. Дело в том, что полезной является лишь мощность, выделяемая в выходной цепи за счет переменной составляющей выходного тока, а потребляемая мощность определяется значи­тельно большей величиной постоянной составляющей. Поэтому к.п.д. усилительного каскада в режиме А составляет лишь 20− 30%. Обычно в этом режиме работают каскады предварительного усиления или маломощные выходные каскады.

Рис. 13.15. Графики, иллюстри­рующие работу усилительного каскада в режимах:

а– класса А; б–класса В; в–клас­са АВ

В режиме В (рис. 13.15, б) рабочая точка выбирается так, чтобы ток покоя был равен нулю. При подаче на вход сигнала ток в вы­ходной цепи каскада протекает лишь в течение половины периода изменения напряжения сигнала. В этом случае выходной ток имеет форму импульсов с углом отсечки (углом отсечки принято называть половину той части периода, в течение которого прохо­дит ток). РежимВ характеризуется высоким к. п. д. усилителя (60-70%), так как постоянная составляющая выходного тока значительно меньше, чем в режиме А¹. Однако режим В характеризуется большими нелинейными искажениями сигнала, вследствие чего этот режим используется главным образом в мощных двухтактных каскадах усиления.

Режим АВ является промежуточным между режимами А и В (рис. 13.15, в)².

1. Разлагая импульсы тока коллектора в ряд Фурье, можно доказать, что для режима В постоянная составляющая (среднее значение тока за период) составляет приблизительно т.е..

2. Кроме основных режимов (А, В и АВ), в усилителях могут быть установлены режимы класса С и Д. В режиме С ток протекает в цепи меньше половины периода В режимеД усилительный элемент работает как ключ: транзистор или полностью открыт (насыщение), или полностью заперт (отсечка). Несмотря на высокую экономичность этих режимов, они применяются редко из-за недопустимо больших искажений сигнала.