Как строить рабочую точку транзистора

3. Определение положения рабочей точки.

Рабочая точка есть точка С, расположенная на нагрузочной линии, характеризующаяся значениями I_С и U_С, которые определяют напряжение и ток коллектора в статическом режиме работы усилителя (в отсутствии входного сигнала). Положение рабочей точки определяется тем, кто рассчитывает усилитель, исходя из следующих соображений:

1. Если мы хотим получить на выходе максимальное выходное напряжение U_вых, то положение рабочей точки С выбирается в середине рабочего участка нагрузочной линии. При таком положении точки С она оказывается расположенной в середине интервала напряжения DU_K, а так как изменение U_K соответствует изменению выходного напряжения, то в DU_K укладывается полный выходной сигнал, и соответствуетU_ампл. выходного сигнала.

2. Во всех остальных случаях рабочая точка С смещается в направлении точки В. При этом выходной сигнал уменьшается. Смещение точки С в направлении точки В обуславливает минимальное потребление электроэнергии в статическом режиме работы.

Пусть положение точки С выбирается из условия получения максимального выходного сигнала (в середине рабочей области нагрузочной линии). Определяем для С значения I_KС и U_KС (Рис. 8), эти значения определяют статический режим работы усилителя. Таким образом, мы при выполнении 1, 2 и 3 этапов определили R_Н, U_KC, I_KC, DI_K, DU_K.

4. Перенос рабочей точки с на семейство входных характеристик.

Так как нагрузочная линия пересекает выходные характеристики, а каждая выходная характеристика определяется для конкретного тока базы, то каждая из точек пересечения соответствует определенному значению тока базы. Это позволяет проградуировать нагрузочную линию в значениях тока базы и рассматривать её как ось тока базы

Введя ось тока базы, мы можем определить значение I_б, соответствующее точке С.

Определим значение I_бС.

Перейдем к рассмотрению семейства входных характеристик (Рис. 9).

Осуществим перенос рабочей точки С на семейство входных характеристик. Для этого на оси тока базы отметим значение тока базы, соответствующее I_бС. Проведем через точку, соответствующую I_бС, прямую, параллельную оси U_бэ.

Эта прямая пересечет семейство входных характеристик. Каждая входная характеристика определялась для конкретного значения U_К, следовательно точки пересечения прямой линии и входных характеристик будут соответствовать конкретным значениям U_к, что позволяет совместить прямую с осью напряжений на коллекторе. На этой проградуированной оси отметим точку, соответствующую U_кС. Эта точка и будет точкой С. Перенесем таким же образом точки А и В на входные характеристики и построим по ним нагрузочную линию (Рис. 10). Она не обязательно будет прямой линией. Следует не забывать, что транзистор — нелинейный прибор.

Определим для точки С напряжениеU_бэС.

5. Расчет делителя на входе усилителя.

Будем исходить из допущения, что

Тогда общее сопротивление R делителя определится:

, током базы можно пренебречь.

R₁=R-R₂

6. Моделирование работы усилителя.

Проведем моделирование работы усилителя на основе биполярного транзистора.

Будем предполагать, что рассматривается схема усилителя, рассмотренная перед этим. Нам даны семейства входных и выходных характеристик для биполярного транзистора, используемого в схеме усилителя. Входной сигнал описывается соотношением:

Будем полагать, что входной сигнал представляет собой идеальную синусоиду.

Пусть амплитудное значение равно 1 или 10, тогда U_вых»sinj, а синусоиду построить достаточно легко, воспользовавшись табличными значениями sinj.

Обратимся к семейству входных характеристик. На семействе входных характеристик построена нагрузочная линия АСВ. Проведем через точку С прямую, перпендикулярную к оси U_бэ, и продолжим её вниз. Построенная линия будет представлять собой ось времени t, на которой мы построим нашу синусоиду.

Полный период синусоиды состоит из положительного и отрицательного полупериодов и соответствует или 360 0 . Разобьем каждый полупериод на участки относительно оси t, равные 15 0 , и спроецируем точки синусоиды, соответствующие этим значениям, на нагрузочную линию.

Построим дополнительную ось t | , проводя через точку С линию, параллельную оси U_бэ. На этой оси за осью I_б выделим участки, соответствующие 15 0 периода входного сигнала. Они должны равными интервалам 15 0 на оси t. Проведем через каждую точку линии, перпендикулярные оси t | . После этого через точки, лежащие на нагрузочной линии (точки проецирования), проведем линии, параллельные оси t | , до пересечения с вспомогательными линиями, построенными к оси t | . По точкам пересечения построим синусоиду. Построенная синусоида может отличаться от синусоиды входного сигнала, так как транзистор все же нелинейный прибор и об этом нельзя забывать. Построенная синусоида показывает, как изменяется ток базы при изменении входного сигнала (Рис. 11).

На втором этапе моделирования входной сигнал (синусоиду тока базы) нужно перенести на семейство выходных характеристик. Для этого проделаем некоторую предварительную работу.

Воспользуемся тем, что нагрузочная прямая может быть представлена осью тока базы. Градуировка оси I_б достаточно проста. Каждая кривая I_б=f(U_б) соответствует конкретному значению I_б, и точка пересечения с линией нагрузки соответствует этому значению I_б.

Проведем через точку С ось t || , перпендикулярную к оси I_б и перенесем на неё синусоиду тока базы с семейства входных характеристик. При переносе следует не забывать, что мы переносим не её геометрический образ, а значения токов базы.

Строим вспомогательную ось t ||| , проходящую через точку С, параллельную оси U_К, и проецируем на неё построенную синусоиду, используя прямую нагрузки как вспомогательную ось. Вся процедура моделирования показана на рисунках 11 и 12.

Заочники пользуются данными методическими указаниями при выполнении контрольной работы №1. По таблицам строятся семейства входных и выходных характеристик. Определяются значения h₁₁иh₂₁. Значение К_u соответствует двум последним цифрам номера зачетки. Расчет проводится в соответствии с указаниями, включая моделирование работы УНЧ.

10.4. Расчет и исследование параметров рабочей точки в транзисторных каскадах

Методические указания Транзистор характеризуется двумя семействами вольт-амперных характеристик (ВАХ): входных и выходных ВАХ. Семейство входных ВАХ представляет собой зависимость тока Iв от напряжения Uвэ при различных значениях напряжения Uкэ:

(10.1)

Семейство выходных ВАХ представляет собой зависимость тока коллектора Iк от напряжения на коллекторе Uкэ при различных значениях тока базы IБ.:

(10.2)

Существует несколько методов расчета параметров рабочей точки. Ниже изложены некоторые из них. Графоаналитический метод Этот метод основан на непосредственном использовании ВАХ транзистора, представленных в графическом виде. Рассмотрим схему транзисторного каскада с ОЭ, представленную на рис. 10.19. Для тока базы, можно записать следующие уравнения:

Решение системы в графическом виде представлено на рис. 10.20. Оно представляет собой точку пересечения кривых 1 и 2. Кривая 1 представляет собой входную ВАХ транзистора (уравнение 10.4) при условии, что напряжение Uкэ достаточно велико и его влиянием можно пренебречь. Кривая 2 является нагрузочной линией и описывается уравнением 10.3. Она отсекает на оси токов отрезок, численно равный току Ев/Rв, а на оси напряжений — отрезок, численно равный напряжению EБ. Координаты точки пересечения — ток I*в и напряжение U* вэ — являются искомыми входными током и напряжением транзистора. Для выходной цепи транзистора, т.е. для цепи коллектора, можно записать следующие уравнения:

Уравнение (10.6) описывает выходную ВАХ транзистора для найденного тока базы I*Б. На puc, 10.21 показано семейство выходных ВАХ транзистора для различных значений тока базы. Из этого семейства необходимо выделить ту ВАХ, ток базы которой наиболее близок к полученной величине 1*в. Может оказаться, что токи базы семейства ВАХ существенно отличаются от величины I*в. В этом случае необходимо выбрать две ветви ВАХ (для одной ток базы меньше, а для другой больше I*Б) и методом интерполяции построить ВАХ для заданного значения I*в. Уравнение (10.5) является уравнением нагрузочной прямой, которая показана в виде наклонной линии на. рис. 10.21. Выходная ВАХ и нагрузочная прямая пересекаются в точке С, которая является решением системы уравнений (10.5), (10.6) в графическом виде. Координаты точки С, т. е. ток I*к и напряжение U*кэ, являются, соответственно, искомыми выходными током и напряжением транзистора.

Аналитический метод При использовании этого метода решение систем уравнений (10.3, 10.4) и (10.5, 10.6) требуется найти в аналитическом виде. Поскольку уравнения (10.4) и (10.6) являются нелинейными, невозможно получить аналитическое решение в явном виде. Один из способов решения таких систем заключается в линеаризации нелинейных уравнений. На рис. 10.22 показана входная ВАХ транзистора (кривая 1). Предлагается аппроксимировать её прямой линией (прямая 2). Уравнение для такой аппроксимации имеет вид: Uкэ=UБзо+rвхIБ (10.7) где UБЭО — пороговое напряжение входной цепи, rBX — дифференциальное входное сопротивление транзистора для рабочей области его входной характеристики. В ряде случаев в полученном выражении (10.7) первое слагаемое значительно превышает второе. Поэтому с достаточной для практики точностью это выражение можно упростить: UБЭ=UБЭО. (10.8) На рис. 10.22 такое приближение отражается прямой 3.

На рис. 10.23 показана выходная ВАХ транзистора (кривая 1). Предлагается аппроксимировать эту ВАХ прямой линией. Уравнение для такой аппроксимации имеет вид:

(10.9)

где Р — статический коэффициент передачи тока в схеме ОЭ, IKO тепловой ток коллектора, Rвых — дифференциальное выходное сопротивление.

В выражении (10.9) первое слагаемое показывает, что ток коллектора пропорционален току базы. Второе слагаемое представляет собой обратный ток коллектора, который существует даже при 1в=0. Слагаемое Uкэ/Квых характеризует наклон ВАХ. В большинстве случаев в полученном выражении (10.9) первое слагаемое значительно превышает второе и третье. Поэтому с достаточной для практики точностью это выражение можно упростить:

(10.10)

Последнее выражение позволяет явно выразить ток эмиттера через ток базы:

(10.11)

Выражения (10.8), (10.10) являются удобными аппроксимациями нелинейных ВАХ транзистора, которые можно использовать для решения конкретных задач. Рассмотрим схему, изображенную на рис. 10.26. Ранее эта схема была рассчитана графоаналитическим способом. Используя выражение (10.7), можно определить ток базы в виде:

(10.12)

С помощью выражения (10.10) можно найти напряжение на коллекторе транзистора:

(10.13)

Метод эквивалентных схем. Этот метод основан на замене транзистора его эквивалентной схемой (другое название -схема замещения). Для получения эквивалентной схемы можно воспользоваться аналитическими выражениями для входной и выходной ВАХ транзистора. Линеаризованная входная ВАХ транзистора описывается выражением (10.7). В соответствии с этим выражением входная цепь транзистора представляется последовательно соединенными источником напряжения Uвэо и сопротивлением rвх (рис. 10.24). Линеаризованная выходная характеристика транзистора описывается выражением (10.9). Согласно этому выражению эквивалентная схема (рис. 10.24) выходной цепи транзистора представляется параллельно соединенными источниками тока BIБ и Iко и сопротивлением rвых. На рис. 10.24 представлена эквивалентная схема транзистора, составленная с учетом вышесказанного. Она пригодна для расчета как постоянных, так и переменных составляющих токов и напряжений. Однако для каждой из этих составляющих целесообразно представить эквивалентную схему в упрощенном виде. Расчет переменных составляющих будет рассмотрен в следующем разделе. Для постоянных составляющих, как было указано выше, можно использовать упрощенное выражение (10.10). В соответствии с этим выражением эквивалентная схема транзистора существенно упрощается (рис. 10.25>. Для расчета постоянных составляющих транзистор следует заменять его упрощенной схемой (рис. 10.25). Если принять во внимание выражение (10.8), схема еще более упростится -rБХ можно будет исключить. В условиях задач характеристики транзисторов могут быть представлены как в графическом виде, так и в линеаризованном. При решении задач в первом случае используется графоаналитический метод, во втором — аналитический метод или метод эквивалентных схем. Используются следующие параметры транзистора: UБЭО

пороговое напряжение входной цепи, BDC — статический коэффициент передачи тока в схеме с общим эмиттером, rБХ — дифференциальное входное сопротивление транзистора. Поскольку каждый из режимов работы транзистора характеризуется своими параметрами и имеет свою эквивалентную схему, то для расчета электронных схем необходимо, прежде всего, выяснить, в каком режиме работает транзистор. Существует три режима работы транзистора: усилительный режим, режим насыщения’и режим отсечки. Они описываются следующими выражениями: !• UBX < U1 — режим отсечки, 2. U1 < UBX < U2 — усилительный режим, 3. UBX >U2 — режим насыщения, где U1 — напряжение Uвэ, при котором транзистор переходит в усилительный режим, U2 — напряжение UБЭ, при котором транзистор переходит в режим насыщения. В рассматриваемых задачах транзистор работает в усилительном режиме. Эквивалентная схема транзистора в усилительном режиме приведена на. рис. 10.25.

Рассмотрим границы существования усилительного режима работы транзистора в схеме, представленной на рис. 10.26а. На рис. 10.266 для этой схемы показано построение графика зависимости выходного напряжения Пвых от входного напряжения UBX-Пока входное напряжение UBX остается меньше порогового напряжения Usao, транзистор находится в режиме отсечки. Эмиттер-ньш переход транзистора закрыт, ток базы 1в и ток коллектора 1ц равны нулю (в цепи кол-

лектора и в цепи базы текут тепловые токи, значения которых пренебрежимо малы). На резисторе RK отсутствует падение напряжения, выходное напряжение Uвыx равно напряжению источника питания Ек. Как только возрастающее входное напряжение превысит величину UБЭО транзистор переходит в усилительный режим работы. Следовательно, нижняя граница существования усилительного режима определяется просто: U,=UБЭО. (10.14) Работа схемы в усилительном режиме описывается следующими выражениями:

Ток коллектора не может превысить величину тока насыщения: Iкн=Eк/Rк (10.18) При этом насыщающий ток базы определяется выражением:

(10.19)

Эта величина тока определяет верхнюю границу существования усилительного режима работы транзистора: U2=IБНRБUБЭО. (10.20) При дальнейшем увеличении входного напряжения наступает режим насыщения. В этом режиме ток базы продолжает возрастать, а ток коллектора и выходное напряжение не изменяются. Для построения графической зависимости выходного напряжения от входного (см. нижнюю диаграмму на рис. 10.26) достаточно определить граничные значения входных напряжений U1, U2 и соответствующие этим значениям величины выходного напряжения. После этого левее границы U1 и правее границы U2 провести горизонтальные линии (линия отсечки и линия насыщения), а сами граничные точки соединить наклонной линией (линия усилительного режима). После теоретического расчета схемы усилителя Вам предлагается проверить его правильность с помощью программы Electronics Workbench.

При проверке следует помнить, что длярасчета использовались упрощенные эквивалентные схемы, в которых реальный транзистор заменен его моделью. В условиях задач также заданы идеализированные характеристики транзистора и линеаризованные зависимости. Поэтому не следует ожидать 100% совпадения с правильным ответом. т. к. в представленных задачах модель транзистора реальна, хотя и несколько идеализирована для некоторых задач. В связи с вышесказанным, при моделировании задач могут возникать определенные проблемы. В условиях задач заданы линеаризованные зависимости выходных величин от входных. В реальности же дело обстоит несколько иначе (см, рис. 10.27). Рассмотрим аналитический метод решения задач на примере схемы рис. 10.28. Дано: Ек= 6 V, 1=2.5 mA, R=2 к0м, Ев = 6 к0м, Uвэо=1В, BDC=20, RK = 400 Ом. Найти: Напряжение Uкэ. Преобразуем источник тока с сопротивлением R в источник напряжения с внутренним сопротивлением R по закону Ома. В результате преобразования получим схему, изображенную на рис. 10.29. Заменяя транзистор эквивалентной схемой рис. 10.25, получим:

Отсюда находим ток базы Iв:

Напряжение определяется по второму закону Кирхгофа:

где ток коллектора

1 -линеаризованная зависимость выходного напряжения от входного, 2 —реальная зависимость выходного напряжения от входного.

Задачи для самостоятельного исследования Задание рабочей точки, транзисторного каскада На. рис. 10.30 и рис. 10.31 представлены схемы транзисторного каскада с общим эмиттером. Нужно определить один из параметров транзистора: коэффициент передачи тока базы BDC2 или входное сопротивление Rвх3- В каждом варианте дана зависимость выходного сигнала от входного воздействия. На вход подается либо входное напряжение UBX (Uin), либо входной ток IBX (Iin) Выходным сигналом может быть: напряжение нагрузки UH, ток нагрузки Iн, ток коллектора 1к, ток источника питания In. Все приведенные характеристики охватывают три режима работы транзистора: режим отсечки, усилительный режим и режим насыщения. В этом режиме справедливы выражения (10.13), (10.14), (10.15), полученные выше. Там же показано, что входная цепь заменяется последовательной цепочкой UБЭО — RBX (см. рис. 10.24, 10.25). Схемы, поясняющие условия задач, в которых входное сопротивление транзистора пренебрежимо мало

В дальнейшем в тексте задач параметр BDC обозначается просто р. В этом задании рассчитываются постоянные составляющие токов и напряжений. Динамическое входное сопротивление, определяемое изменением разности потенциалов на базе транзистора, равно нулю, поэтому полное входное сопротивление определяется омическим сопротивлением базы и может быть смоделировано с помощью резистора RBX последовательно подключенного к базе транзистора.

Рекомендации по выполнению работы:

1. Создайте при помощи Electronics Workbench одну из схем, изображенных на рис. 20.30 и 10.31, согласно условию задачи. Схемы представляют два случая: входное сопротивление транзистора пренебрежимо мало и входное сопротивление транзистора сопоставимо по величине с сопротивлением резисторов на входе схемы. Подставьте в схему заданные и рассчитанные значения номиналов элементов. Выберите указанный в условии задачи тип транзистора.

В библиотеках версии 4.0 Electronics Workbench нет транзисторов, типы которых указаны в условиях задач, поэтому, чтобы внести их в библиотеку, проделайте следующее: С дискеты, прилагающейся к книге, скопируйте файл ех10_1.т05 в подкаталог Models директории, в которой установлен Electronics Workbench 4.0. После этого имя файла библиотеки будет появляться в окне Models при выборе типа транзистора. В этой библиотеке вы найдете нужные транзисторы. 1.1. Для редактирования характеристик транзистора откройте окно свойств транзистора. Это можно проделать, дважды щелкнув на его изображении, или выбрав пункт Component Properties из меню Circuit. В открывшемся окне будет подсвечен транзистор, установленный в схеме. Для редактирования характеристик нажмите кнопку Edit. Статический коэффициент передачи тока устанавливается в строке Forward current gain coefficient (BF), пороговое напряжение Uвэо устанавливается в строке В-Е junction potential (0Е). Затем нажмите Accept для сохранения установленных параметров и Accept для возврата к схеме. 1.2. Для моделирования входного сопротивления транзистора используется резистор, последовательно подключенный к его базе. 1.3. Значком " отмечены данные, не использующиеся для расчетов, но нужные для моделирования задачи. 2. Включите схему. Подключите приборы. ‘Подсчитайте статический коэффициент передачи транзистора. Сравните с расчетным значением.

Задача 10.1.1. Дано:

Транзисторы ZTX327, Q2N2222A, 2N2923. Найти: р.

Задача 10.1.2. Дано:

Транзистор 2N3393. Найти: B.

Задача 10.1.3. Дано:

Транзисторы ZTX327, Q2N2222A. Найти: Rвх.

Задача 10.1.4. Дано:

Транзисторы ZTX327, Т502. Найти: B.

Задача 10.1.5. Дано:

Транзисторы ZTX327, Q2N2222A. Т502. Найти:B.

Задача 10.1.6. Дано:

Транзистор Q2N2222A. Найти: Rвх.

Задача 10.1.7. Дано:

Транзисторы Q2N2222A, 2N3393. Найти:B.

Задача 10.1.8. Дано:

Построение рабочей точки усилителя и методы её стабилизации

Рабочая точка усилителя. Рабочей точкой считаются ток и напряжение на выходе транзистора при отсутствии входного сигнала.

Рабочая точка определяется по статическим входной и выходной характеристикам транзистора. Построение рабочей точки показано на рис. 4.5 на примере статических характеристик транзистора с ОЭ.

Для определения положения рабочей точки на входной характеристике /_б =./ (?4э) начало линейного участка характеристики обозначим /_{б min}. Этому значению на выходной характеристике соответствует z_K min- Построим на выходных характеристиках нагрузочную прямую в режимах короткого замыкания и холостого хода. В режиме короткого

замыкания (С4э = 0) /_к = , где U_u — напряжение питания. На ри-

сункс 4.5 этому значению соответствует точка «1». В режиме холостого хода (4=0) U_K3 =U_n. На рисунке 4.5 это значение показано точкой «2». Через точки «1» и «2» проводим нагрузочную прямую. Точка пересечения нагрузочной прямой и линии ON, показывающей границу

Рис. 4.5. Статические входная (а) и выходная (о) характеристики транзистора с ОЭ

режимов раооты транзистора насыщения и активного, соответствует г ктах и ‘бтах • Ток коллектора покоя i_Kn, определяется следующим образом:

На нагрузочной прямой этому значению тока соответствует рабочая точка а. Для рабочей точки показано напряжение коллектор-эммитер покоя (КЭП) (7_КЭП . На входную характеристику перенесем с рис. 4.5, б значения /_бп , /_6тах , обозначим рабочую точку а и напряжение смещения база-эмиттер покоя (БЭП) t/вэп, которое определяет режим работы транзистора. Положение рабочей точки а в середине нагрузочной прямой соответствует классу усиления (режиму работы усилителя) А.

Стабилизация рабочей точки усилителя. Воздействие внешних дестабилизирующих факторов влияет на ток покоя транзистора в усилительном каскаде и изменяет режим работы усилителя. Основными дестабилизирующими факторами являются: нестабильность напряжения питания, изменения температуры окружающей среды и сопротивления нагрузки.

Для стабилизации рабочей точки усилителя применяются три основных метода: термокомпенсации, термостабилизации и параметрической стабилизации.

В методе тсрмокомпснсации в усилительном каскаде, например, с ОЭ в цепь база-эмиттер ставится компенсационный элемент -диод (ИО) или термистор (рис. 4.6).

Рис. 4.6. Схема усилительного каскада с ОЭ, реализующая метол термокомиеисации

Принцип термокомпенсации заключается в том, что при воздействии температуры окружающей среды температурные изменения напряжения на диоде VD компенсируют температурные изменения напряжения перехода база-эмиттер. В результате выходной ток транзистора остается стабильным. Резистор Я_см вместе с диодом VD образуют делитель напряжения, который служит для задания рабочей точки транзистора.

Метод термостабилизации усилителя по схеме с ОЭ основан на применении отрицательной обратной связи при воздействии на усилитель температуры окружающей среды. К методам термостабилизации относятся методы коллекторной и эмиттерной стабилизации. Например, реализация метода эмиттерой стабилизации показана в схеме на рис. 4.7.

На схеме (рис. 4.7) введены следующие обозначения: Е_с -источник входного сигнала; R_m — внутреннее сопротивление источника входного сигнала; R, — сопротивление эмиттерного перехода; С, -шунтирующий конденсатор большой ёмкости. Сигнал отрицательной обратной связи поступает на базу транзистора, уменьшая при этом коэффициент усиления, что позволяет стабилизировать параметры каскада, расширить частотную полосу пропускания, увеличить входное сопротивление, уменьшить искажения усилителя.

Рис. 4.7. Применение метода эмиттерной стабилизации в усилительном каскаде с ОЭ

В методе параметрической стабилизации в цепь база-эмиттер вводится дополнительный транзистор, осуществляющий, например, коллекторную стабилизацию при действии параллельной отрицательной обратной связи по напряжению. При этом стабилизируется ток коллектора покоя транзистора, на базе которого выполнен усилитель.

Рабочая точка

Когда рисуется линия, соединяющая точки насыщения и обрезания, такую ​​линию можно назвать линией загрузки . Эта линия, проведенная над кривой выходной характеристики, вступает в контакт в точке, называемой рабочей точкой .

Эта рабочая точка также называется точкой покоя или просто Q-точкой . Таких точек пересечения может быть много, но точка Q выбирается таким образом, что независимо от размаха сигнала переменного тока транзистор остается в активной области.

На следующем графике показано, как представить рабочую точку.

Рабочая точка не должна быть нарушена, поскольку она должна оставаться стабильной для достижения точного усиления. Следовательно, точка покоя или Q-точка – это значение, при котором достигается верное усиление .

Верное Усиление

Процесс увеличения силы сигнала называется усилением . Это усиление, когда оно выполняется без потерь в компонентах сигнала, называется точным усилением .

Достоверное усиление – это процесс получения полных порций входного сигнала за счет увеличения уровня сигнала. Это делается, когда на его вход подается сигнал переменного тока.

На приведенном выше графике входной сигнал полностью усиливается и воспроизводится без потерь. Это можно понимать как верное усиление .

Рабочая точка выбрана таким образом, чтобы она находилась в активной области и помогала воспроизводить полный сигнал без потерь.

Если рабочая точка считается вблизи точки насыщения, то усиление будет таким же, как при.

Если рабочая точка считается близкой к точке среза, то усиление будет таким же, как при.

Следовательно, расположение рабочей точки является важным фактором для достижения точного усиления. Но для того, чтобы транзистор функционировал должным образом в качестве усилителя, его входная схема (т. Е. Соединение база-эмиттер) остается смещенной в прямом направлении, а его выходная цепь (т.е. соединение коллектор-база) остается смещенной в обратном направлении.

Таким образом, усиленный сигнал содержит ту же информацию, что и во входном сигнале, тогда как мощность сигнала увеличивается.

Ключевые факторы для верного усиления

Чтобы обеспечить точное усиление, должны быть выполнены следующие основные условия.

• Собственный нулевой ток коллектора
• Минимальное правильное напряжение базы-эмиттера (V _BE ) в любой момент.
• Минимальное правильное напряжение коллектор-эмиттер (V _CE ) в любой момент.

Выполнение этих условий гарантирует, что транзистор работает над активной областью, имеющей прямое смещение входа и обратное смещение выхода.

Собственный ток коллектора нулевого сигнала

Чтобы понять это, давайте рассмотрим схему NPN-транзистора, как показано на рисунке ниже. Соединение база-эмиттер смещено вперед, а соединение коллектор-эмиттер смещено обратно. Когда сигнал подается на вход, переход база-эмиттер NPN-транзистора смещается вперед для положительного полупериода входа и, следовательно, он появляется на выходе.

Для отрицательного полупериода тот же самый переход становится обратным смещением, и, следовательно, цепь не проводит. Это приводит к неверному усилению, как показано на рисунке ниже.

Давайте теперь введем аккумулятор V _BB в базовую цепь. Величина этого напряжения должна быть такой, чтобы переход база-эмиттер транзистора оставался в прямом смещении даже для отрицательного полупериода входного сигнала. Когда входной сигнал не подается, в цепи течет постоянный ток из-за V _BB . Это известно как нулевой ток коллектора сигнала I _C.

Во время положительного полупериода входа, соединение база-эмиттер более смещено вперед, и, следовательно, ток коллектора увеличивается. Во время отрицательного полупериода входа входное соединение меньше смещено вперед и, следовательно, ток коллектора уменьшается. Следовательно, оба выходных цикла появляются на выходе и, следовательно, точные результаты усиления , как показано на рисунке ниже.

Следовательно, для точного усиления должен протекать ток коллектора нулевого сигнала. Значение нулевого тока коллектора сигнала должно быть, по крайней мере, равно максимальному току коллектора только из-за сигнала.

Правильный минимум V _BE в любой момент

Минимальное напряжение базы-эмиттера V _BE должно быть больше, чем напряжение включения для прямого смещения соединения. Минимальное напряжение, необходимое для проводимости кремниевого транзистора, составляет 0,7 В, а для германиевого транзистора – 0,5 В. Если напряжение V _BE базового эмиттера больше этого напряжения, потенциальный барьер преодолевается, и, следовательно, ток базы и токи коллектора резко возрастают.

Следовательно, если V _BE падает для любой части входного сигнала, эта часть будет усилена в меньшей степени из-за результирующего малого тока коллектора, что приводит к неверному усилению.

Правильный минимум V _CE в любой момент

Чтобы добиться точного усиления, напряжение эмиттера коллектора V _CE не должно опускаться ниже напряжения включения, которое называется напряжением на колене . Если V _CE меньше напряжения колена, основание коллектора коллектора не будет правильно смещено в обратном направлении. Тогда коллектор не сможет притягивать электроны, испускаемые эмиттером, и они будут течь к основанию, что увеличивает базовый ток. Таким образом, значение β падает.

Следовательно, если значение V _CE падает для какой-либо части входного сигнала, эта часть будет умножена в меньшей степени, что приведет к неверному усилению. Таким образом, если V _CE больше, чем V _KNEE, соединение коллектор-база правильно смещено обратно, и значение β остается постоянным, что приводит к точному усилению.