Основи електроніки (стр. 16 )

де RH - опір зовнішнього навантаження, характер якого залежить від роду навантаження, виду міжкаскадних зв'язків і т. д. В найпростішому випадку будемо вважати цей опір активним.

Вихідна динамічна характеристика графічно відображає залежність вихідного струму підсилювального каскаду від вихідної напруги при наявності у вихідному ланцюзі опору навантаження. Оскільки навантаження вихідного ланцюга для постійної і змінної складової вихідного струму різна, розрізняють вихідну динамічну характеристику по постійному струму і вихідну динамічну характеристику по змінному струму. Їх називають ще прямими навантаження.

При відсутності на вході підсилювача змінної напруги (джерело е. р. с. у вхідному ланцюзі відсутнє) через транзистор і опір RK протікає постійний струм від джерела живлення Ек. Для будь-якого моменту часу можна записати:

Uвих = Ек - Iвих R к.

Цей вираз є рівнянням прямої, яка може бути побудована в системі координат статичних вихідних характеристик івих=const.

Знаходячи відрізки, що відсікаються даною прямою на осях координат, тобто відклавши по осі ординат значення струму, що дорівнює EK/RK, а по осі абсцис - напругу Ек і з'єднавши отримані точки, отримаємо навантажувальну пряму по постійному струму (лінія KL, рис. 17).

Точка перетину навантажувальної прямої зі статичною характеристикою при заданому струмі iвх = Івхо, визначеному джерелом зміщення Есм, називається робочою точкою, початкове положення якої на навантажувальній прямій (при відсутності івх) називається точкою спокою р.

Точка спокою визначає струм спокою вихідного ланцюга Івих о і напругу спокою Uвих о-При цьому очевидно, що

Положення точки спокою визначається призначенням підсилювача, режимом роботи, к. к. д., - заданими коефіцієнтами підсилення, нелінійних спотворень і т. д. Якщо, наприклад, вхідний сигнал симетричний, то точку спокою вибирають приблизно на середині навантажувальної лінії.

Положення точки спокою при посиленні імпульсних сигналів визначається полярністю імпульсів. Так, якщо на вході передбачається імпульс лише негативної полярності, то точку спокою Р вибирають на нижній частині лінії навантаження для транзисторів типу р - п - р, що працюють в даному випадку на відмикання, і у верхній частині лінії навантаження - для транзисторів типу п - р - п. У точці спокою транзистор перевіряється, як правило, на потужність розсіювання вихідного електрода.

При наявності вхідного синусоїдального збудження вихідний струм і напруга знаходяться в протифазі, так як збільшення вихідного струму в даний момент часу викликає збільшення падіння напруги на що призводить до зниження напруги між вихідним електродами. Запишемо це у вигляді системи рівнянь:

З першого рівняння одержимо

Оскільки із другого рівняння маємо

З даного виразу, який є рівнянням вихідної динамічної характеристики по змінному струму, видно, що при Івих=Івихо, Uвих=Uвихо.

Отже, навантажувальна лінія по змінному струму проходить через точку спокою і для її побудови достатньо знайти ще одну точку на осі абсцис (або ординат).

Поклавши івих = 0, з останнього рівняння отримаємо

Uвих ==U вихо + IвихoR.

Відклавши по осі абсцис вправо від точки Uвихо відрізок ІвихоR_ (точка N) і провівши через кінець даного відрізка і точку спокою пряму до перетину з віссю ординат, одержимо навантажувальну лінію по змінному струму (лінія MN).

При

Лінії навантаження підсилювача по змінному та постійному струмі, завжди перетинаючись в точці спокою при активному опорі навантаження, можуть співпадати або не співпадати в залежності від того, рівні чи різні опори навантаження підсилювача по постійному і змінному струму. При кути нахилу лінії навантаження по змінному α2 та постійному α1 струмі рівні. При , і при ,

Лінію навантаження по постійному струму використовують для визначення координат точки спокою, знаючи які, можна розрахувати елементи зсуву і стабілізації підсилювального каскаду. Її зазвичай також застосовують при повному розрахунку каскадів попереднього підсилення, що працюють в режимі малого сигналу. Лінією навантаження по змінному струму користуються при розрахунку підсилювачів потужності, працюючих при великих амплітудах сигналів.

Вхідна динамічна характеристика підсилювального каскаду являє собою графік залежності вхідного струму від вхідної напруги при наявності у вихідному ланцюзі опору навантаження. Отримати її можна перенесенням точок перетину вихідної динамічної характеристики по змінному струму зі статичними (точки івх, ивх) на сімейство вхідних статичних характеристик . Вхідна динамічна характеристика дозволяє визначити напругу, струм і потужність вхідного сигналу.

На практиці зазвичай як вхідну динамічну характеристику використовують статичну, зняту при вхідній напрузі, рівній 5В.

Прохідна динамічна характеристика показує залежність вихідного струму підсилювального каскаду від напруги на його вході. Її зручно будувати, якщо є вихідна динамічна характеристика по змінному струму, побудована на сімействі статичних характеристик при фіксованих вхідних напругах, тобто , . В цьому випадку побудову здійснюють шляхом перенесення точок навантажувальної прямої по змінному струму з вихідних координат в прохідні (рис. 18 лінія а"б" в"г" д").

Рис.18

Якщо навантажувальна пряма по змінному струму побудована на сімействі статичних характеристик з фіксованим вхідним струмом (рис. 19), то значення вхідних напруг можуть бути визначені з вхідної характеристики (рис, 18) для відомих значень вхідних струмів і відкладені по осі абсцис координат прохідної динамічної характеристики.

За відомою прохідною характеристикою зручно отримати форму кривої вихідного струму при відомій формі кривої вхідної напруги.

Рис.19

Як зазначалося вище, нелінійні спотворення, що вносяться підсилювачем в підсилювальний сигнал, обумовлюються нелінійністю як вхідних характеристик, так і характеристик передачі по струму, тобто виникають у вхідному і вихідному ланцюгах. Тому для їх визначення необхідно мати залежність між вихідним струмом підсилювача й е. р. с. джерела сигналу у вхідному ланцюзі. Така залежність називається наскрізною динамічною характеристикою.

Для її побудови необхідно мати вихідну динамічну характеристику по змінному струму (рис. 17) і вхідну статичну характеристику (рис. 18).

Точки перетину навантажувальної прямої зі статичними характеристиками для фіксованих значень вхідного струму визначають значення вихідного струму (на рис. 17 значення ік - точки а, б, в, г, д, е). За вхідною характеристикою для відповідних їм точок знаходять значення івх та ивх (иб і іб на рис. 18 - точки а', б', в', г', д', е').

Вхідний струм за рахунок джерела е. р. с. еи створює падіння напруги на опорі джерела Rи і ділянці база - емітер транзистора (рис. 16). Тому

Підставивши в даний вираз знайдені значення ивх і івх, визначають відповідні їм значення е. р. с. еи

За отриманими значеннями івих і еп в системі координат (івих, еп) будують наскрізну динамічну характеристику.

4.8 Режими роботи підсилювального каскаду

Ступінь нелінійних спотворень підсилюючих сигналів і к. к. д, підсилювального каскаду визначається вибором його робочого режиму (класу) роботи. Розрізняють три основні класи роботи підсилювальних каскадів: А, В і С.

Рис.20

В режимі класу А (рис. 20, а) робоча точка не виходить за межі лінійної ділянки динамічної прохідної характеристики, а точка спокою знаходиться приблизно на середині цієї ділянки. Це обумовлює мінімальні нелінійні спотворення підсилювача. Напруга зсуву Uвхо в цьому режимі за абсолютною величиною завжди більша амплітуди вхідного сигналу Uвхm, і струм спокою Iвихо завжди більший амплітуди змінної складової вихідного струму. Отже, цей клас посилення характеризується безперервним протіканням струму у вихідному ланцюзі протягом всього періоду зміни напруги підсилюючого сигналу.