Методы задания начального режима работы транзистора

базы задает резистор RБ.
В соответствии со вторым законом Кирхгофа IКRК + UКЭ - Eпит = 0
Отсюда находим ток коллектора IК= Eпит / RК - UКЭ / RК
что соответствует линейной зависимости вида у = ах+b. Это уравнение нагрузочной характеристики.
В соответствии со вторым законом Кирхгофа IБRБ + UБЭ - Eпит = 0
Отсюда находим ток базы IБ= Eпит / RБ- UБЭ/ RБ
Так как обычно Eпит >> UБЭ, опустим UБЭ, тогда IБ ≈ Eпит / RБ.
Таким образом, в рассматриваемой схеме ток базы задается величинами Eпит и RБ (ток фиксирован). При этом IК≈ βIБ.

При заданном токе покоя IБ точка покоя ТП займет то положение, которое указано на рис. Самое нижнее возможное положение ТП точка В (режим отсечки, IБ ≈ 0), а самое верхнее положение - точка А (режим насыщения, IБ≥ IБ5).
Схему с фиксированным током базы используют редко: при изменении β (при смене транзистора или изменении температуры) будет изменяться ток коллектора и положение рабочей точки.

Схема с коллекторной стабилизацией

Пусть, (например, при изме­нении t°) ток IК начал увеличиваться. Это увеличит падение напряжения URК и уменьшит напряжение UКЭ и ток IБ (IБ≈UКЭ/RБ), ? подзапирание транзистора и будет препятствие увеличению тока IК, т.е. будет осуществляться стабилизация тока коллектора.

Лучшая стабильность начального режима.
Отрицательная обратная связь по напряжению

Схема с эмиттерной стабилизацией

Резистор RЭ фикси­рует ток IЭ и, соответственно, ток коллектора (IК≈IЭ).
IЭ = URЭ / RЭ = const.
Сопротивления R1 и R2 выбирают, чтобы величина тока IБ практически не влияла на величину напряжения UR2.
UR2=EКR2/(R1 + R2).
В соответствии с 2 законом Кирхгофа URЭ= UR2 - UБЭ.
При воздействии дестабилизирующих факторов величина UБЭ изменя­ется мало, ? мало изменяется и величина URЭ. На практике обычно напряжение URЭ составляет небольшую долю напряжения Eпит..

обратная связь по току

? IКmRК ? (UКЭm = Eпит - IКmRК ) = UBЫXm

Временные диаграммы работы транзисторного кас­када при правильном выборе точки покоя и величины входного сигнала.

Временные диаграммы работы транзисторного кас­када при неправильных режимах:
а - при недо­статочном токе смещении;
б - при избыточном токе смещения;
в - при чрез­мерном входном сигнале

При работе транзистора в активном (усилительном) режиме рабочая точ­ка должна находиться примерно посредине отрезка АВ нагрузочной прямой. Предельные изменения входного тока базы должны быть такими, чтобы ра­бочая точка не выходила за пределы отрезка АВ.

и R2, значения сопротивлений которых определяют из соотношений:
R1 = (Eп - UБЭ0 - URЭ) / (IД + IБ0);
R2 = (UБЭ0 + URЭ) / IД;
где IД = (2...5)IБ0 - ток в цепи делителя.
При обеспечении режима работы транзистора необходимо осуществить температурную стабилизацию положения рабочей точки (уменьшить влия­ние температуры на начальное положение рабочей точки). С этой целью в эмиттерную цепь введен резистор RЭ, на котором создается напряжение ООС по постоянному току URЭ.
ООС в данной схеме действует следующим образом: при изменении, например, температуры транзистора увеличивается ток коллектора. Это вызы­вает соответствующее увеличение тока эмиттера и падения напряжения на нем. Следовательно, напряжение UБЭ, которое является управляю­щим для транзистора, уменьшается, транзистор подзапирается, ток коллек­тора уменьшается и возвращается в заданный режим.
Введение ООС уменьшает коэффициент усиления схемы. Для того, что­бы обратная связь действовала только по постоянному току и для устранения ООС по переменному току резистор RЭ шунтируют конденсатором CЭ, со­противление которого на частоте усиливаемого сигнала должно быть незна­чительным.
При анализе схемы можно считать, что ООС по переменному току отсут­ствует. В таком случае коэффициент усиления каскада по току
KI = βRК/( RК + RН).
Это означает, что усиление транзисторного каскада по току определяется коэффициентом усиления транзистора по току β, сопротивлениями коллектора и нагрузки.
АЧХ и ФЧХ усилителя аналогичны типовым характеристикам усилите­лей низкой частоты. Спад АЧХ в области низких частот обусловлен уменьше­нием коэффициента усиления усилителя за счет увеличения реактивного со­противления емкостей СР1, СР2, CЭ. Спад АЧХ в области высоких частот обус­ловлен ограниченными частотными свойствами транзистора, в частности, на­личием паразитных емкостей.

Усилитель на биполярном транзисторе с общим эмиттером

при котором ток в выходной цепи IК протекает в течение всего периода входного сигнала. Рабочая точка в пределах отрезка АВ нагрузочной прямой, только в линейном (активном) режиме работы транзистора.
Преимуществом являются малые нелинейные искажения.
КПД каскада η= Р_ / P0 (Р_- выходная мощность, P0 - полная мощность, потребляемая каскадом) низкий - менее 0,5. Режим А используют в каскадах предварительного усиления, а также в маломощных выходных каскадах.
Режим В - режим работы транзистора, при котором ток через него протекает в течение половины периода входного сигнала. Из-за нелинейности начального участка входной характеристика транзистора выходной сигнал имеет значительные нелинейные искажения.
Режим В обычно используют в двухтактных каскадах (рис.), имеющих высокий КПД.
Искажения, присущие классу В для двухтактного каскада, называются переходными искажениями (ступенька) (рис. а).

а - входной сигнал усилителя;
б - режим А;
в - режим В и АВ;
г - режим С

а) - класс В; б) - класс АВ

сигна­ла, применяют режим класса АВ, когда на базу транзистора подается неболь­шое напряжение смещения UБ0, при котором рабочая точка занимает началь­ное положение в нелинейной области входных характеристик, но через тран­зисторы в отсутствие входного сигнала протекает небольшой ток IБ0. При этом КПД схемы практически не изменяется, но переходные искажения уменьшаются в несколько раз (рис. б).
Режим С. Если подается напряжение смещения, запирающее транзистор, то такой режим называется режимом класса С. Усиливаются фактически только «макушки» входной синусоиды. Нелинейные искажения выше, а КПД больше, чем в режиме класса В. Режим класса С применяется в основном в схемах резонансных усилителей, где нелинейные искажения, возникающие в результате отсечки тока, устраняются резонансным нагрузочным контуром, настроенным на частоту входного сигнала.

Режим D. В режиме D транзистор работает как электронный ключ, т.е. он открыт или заперт. В закрытом состоянии через транзистор протекает незначительный ток, а падение напряжения на нем примерно равно напряжению источника питания. В открытом состоянии падение напряжения на транзисторе мало, а ток велик. Поэтому и в закрытом, и в открытом состоянии потери на транзисторе малы, и КПД каскада в режиме класса D приближается к 100%.
Каскад, транзистор которого работает в ключевом режиме, гармонические сигналы усиливать не может. Их необходимо преобразовывать (модулировать) в прямоугольные импульсы постоянной амплитуды, но с длительностями, пропорциональными мгновенному значению напряжения сигнала. При этом частота следования импульсов должна быть постоянной и значительно превышать максимальную частоту входного сигнала.. После усиления импульсов, промодулированных по ширине, осуществляется их обратное преобразование (демодуляция) в сигнал первоначальной формы.

В усилителях класса D используются два режима: AD (рис. а) и BD (рис.б). Если для осуществления режима AD применяются сравнительно простые электрические схемы, как и для режима А, то режим BD реализуется с помощью сложных двухтактных схем с двойным управлением транзисторами.
Режим Е, как и режим D, позволяет получать высокий КПД (более 90%) в оконечном каскаде усилителя мощности при изменении уровня усиливае­мого сигнала в широких пределах. Точка покоя транзистора не зафиксирована, а изменяет свое положение в зависимости от уровня входного сигнала. Это достигается за счет регулируе­мого источника питания, который изменяет свое напряжение в соответствии с входным сигналом. Транзистор меняет свое положение на ВАХ таким об­разом, что падение напряжения на транзисторе получается минимальным для активного режима, что обеспечивает значительное уменьшение рассеивае­мой мощности на транзисторе.