- •Глава 18. Усилители электрических сигналов
- •18.1. Основные определения
- •18.2. Основные показатели усилителей
- •18.3. Обратная связь в усилителях
- •18.4. Динамические характеристики усилительного элемента
- •18.5. Рабочая точка. Принцип работы усилителя
- •18.6. Режимы работы усилительных каскадов
- •Контрольные вопросы
18.4. Динамические характеристики усилительного элемента
В реальных цепях к выходу усилительных (активных) элементов обычно подключают нагрузку (резисторы, индуктивные катушки и др.). Такой режим работы активного элемента называют динамическим. Рассмотрим динамический режим работы активного элемента на примере простейшей схемы усилителя на биполярном транзисторе, включенном по схеме с ОЭ, когда вход и выход схемы подсоединены к источникам постоянного напряжения смещенияиа усиливаемый сигнал на вход не подан (рис. 18.8). Выходное напряжение в этом случае в соответствии со вторым законом Кирхгофа
(18.23)
Если напряжение на входе изменится, то изменится и ток эмиттераа следовательно, и ток коллектораВ соответствии с (18.23) изменится выходное напряжение. Таким образом, в динамическом режиме работы активного элемента изменение напряжения на его входе вызывает изменение напряжения на его выходе.
Анализ работы и расчет усилительных каскадов можно провести графическим методом с использованием динамических характеристик.
Нагрузочные линии. С помощью нагрузочных линий или выходных динамических характеристик можно установить зависимость выходного тока от напряжения на выходе усилителя для различных значений входного сигнала. Когда сигнал отсутствует, в цепях усилителя протекает постоянный ток, называемый током покоя, и связь между выходным токоми выходным напряжениемможно установить по формуле (18.23). Зависимостьприесть прямая линия, которую можно построить по двум точкам: полагаячто соответствует короткому замыканию выходных зажимов, определяют значение тока на оси ординат(первая точка), а считаячто имеет место при холостом ходе со стороны выходных зажимов, находят на оси абсцисс вторую точку UK = Ек. Проведенную между этими точками линию называют нагрузочной линией постоянного тока или нагрузочной прямой постоянного тока. На рис. 18.9 построено семейство из двух нагрузочных линий постоянного тока, соответствующих двум значениям сопротивления нагрузки ии напряжениюНаклон прямых определяется соответственно углами α1 и α2, где Если значенияEk (Rk = const) другие, то нагрузочные линии переместятся параллельно вправо или влево.
Нагрузочные линии строят на семействе выходных статических характеристик, точки пересечения с которыми определяют значенияIк = f(Uк) для заданных значений Rk и Eк и различных значений токов базы Iб. Например, показанная на рис. 18.9 нагрузочная линия, соответствующая значениям Rkl, Ek и току базы определяет ток коллектораи напряжение на выходе
В многокаскадных усилителях выходные цепи через разделительный конденсатор С нагружены входным сопротивлением следующего каскада, которое в большей части полосы рабочих частот можно считать активным Rн. По переменному току нагрузочное сопротивление усилителя равно не Rk а Rk||Rн, так как сопротивление Rн включено параллельно резистору Rk (см. рис. 18.8,б). Нагрузочная линия каскада, когда по цепи протекает переменный ток, отличается от нагрузочной линии постоянного тока и называется нагрузочной линией переменного тока. Нагрузочная линия переменного тока пересекается с нагрузочной линией постоянного тока в так называемой начальной рабочей точке, так как в момент прохождения переменного сигнала через нуль рабочая точка находится в начальном положении. Наклон нагрузочной линии переменного тока определяется углом На рис. 18.9 она проходит через начальную рабочую точку А круче соответствующей нагрузочной прямой постоянного тока при(пунктир на рисунке).
Входная динамическая характеристика - это зависимость Iвх = f(Uвх) в динамическом режиме. Для схемы усилителя с транзистором, включенным по схеме с ОЭ, — это зависимостьГрафически ее строят путем переноса точек пересечения нагрузочной прямой со статическими выходными характеристиками на семейство входных статических характеристик. Поскольку входные статические характеристики для разных значенийотличаются очень незначительно, обычно в качестве динамической входной характеристики используют усредненную входную статическую характеристику (кривая 1 на рис. 18.10 б).
Проходная динамическая характеристика — это зависимость Uвых = f(Uвх) или в динамическом режиме. Для усилителя
с транзистором, включенным по схеме с ОЭ, — это зависимость Ik = f(UБ) или Вид проходной характеристикипоказан на рис. 18.10, а (кривая 2).