Графический расчет усилительного каскада

Будем считать, что источник сигнала по отношению к транзистору является генератором тока i _Г≈ I _Гm sin ω t, где I _Гm =E _Гm /R _Г. Тогда полный входной ток транзистора можно считать известным

(3.3)
Сопротивление нагрузки будем считать большим R _Н >> R _К.

Для описания работы транзистора воспользуемся семейством выходных характеристик (рис. 3.2) i _К =f(i _Б, u _КЭ ). Учитывая, что характеристика резистора R _К подчиняется закону Ома, получим:

где (E _К - u _КЭ) - падение напряжения на резисторе R _К. Это уравнение называется уравнением нагрузочной линии. Ее график имеет вид прямой линии, проходящей через точку E _К на оси абсцисс и через точку E _К /R _К, на оси ординат. Чем меньше R _К, тем более круто проходит нагрузочная линия. Поскольку через транзистор и R _К протекает один и тот же ток i _К, то его величина и напряжение u _КЭ могут быть найдены путем решения системы уравнений:

(3.4)

Эта система уравнений может быть решена графически, путем нахождения точек пересечения нагрузочной линии с графиками выходных характеристик транзистора. Для определения параметров режима по постоянному току примем e _Г=0. Тогда значения постоянной составляющей тока коллектора I _К (0) и напряжения U _КЭ (0) определяются пересечением нагрузочной линии и статической характеристики транзистора, снятой при i _Б =I _Б (0), - см. рис. 3.2, точка А.

Рис. 3.2. Использование выходной характеристики для определения параметров усилительного каскада

При подаче на вход каскада напряжения e _Г ток базы будет изменяться относительно I _Б(0) по синусоидальному закону с амплитудой

и рабочая точка будет перемещаться по нагрузочной линии между точками B и C. Соответственно будет изменяться ток коллектора с амплитудой I _{К m} около значения I _К(0) и напряжение на коллекторе с амплитудой U _{К m} около значения U _КЭ(0). При этом ток коллектора i _К будет находиться в фазе с током базы i _Б, а выходное напряжение u _КЭ в противофазе. Увеличению тока базы соответствует увеличение тока коллектора и уменьшение напряжения на коллекторе (см. рис. 3.2). Для определения входного напряжения u _БЭ необходимо воспользоваться входной характеристикой транзистора i=f(u _{Б Э} ) при u _КЭ =U _К (0) рис.3.3. (Строго говоря, при больших U _{К m} может потребоваться семейство входных характеристик, снятых при различных u _КЭ, но, как правило, влиянием u _КЭ на входной ток можно пренебречь). Постоянному току I _Б(0) соответствует постоянное напряжение U _Б(0). При изменении тока базы с амплитудой I _{Б m} входное напряжение изменяется с амплитудой U _{Б m.} Обратим внимание на то, что выходное напряжение в данном каскаде (ОЭ) противофазно входному. Графические расчеты могут выполняться и без учета введенных ранее ограничений.