Усилители на биполярных транзисторах

Перед тем как подавать на вход усилителя на транзисторе сигнал, подлежащий усилению, необходимо обеспечить режим покоя. На входной характеристике (при U=5В) выбираем точку покоя (входного сигнала нет, усилитель находится в режиме ожидания). Начальный режим работы характеризуется положением точки покоя с координатами (U_бэ0 , I_б0). Точку покоя нужно выбирать так, чтобы обеспечить линейный режим работы усилителя (когда на вход подан сигнал). Для характеристики проблемы обеспечения начально­го режима традиционно и вполне оправданно рассматри­вают следующие три схемы:

• с фиксированным током базы;

• с коллекторной стабилизацией;

• с эмиттерной стабилизацией.

Рассмотрим схему резистивного усилителя с фиксированным током базы.

Рис. 6 Резистивный усилитель с фиксированным током базы

В соответствии со вторым законом Кирхгофа: .

Отсюда находим ток коллектора I_к: , что соответствует линейной зависимости вида y=ax+b. Это уравнение описывает так называемую линию нагрузки. Изобразим выходные характеристики и линию нагрузки.

Рис. 7 Выходные характеристики и линия нагрузки

В соответствии со вторым законом Кирхгофа: .

Отсюда находим ток базы I_б: .

Таким образом, в рассматриваемой схеме ток i6 задает­ся величинами Ек и Rб (ток «фиксирован»). При этом .

Схему резистивного усилителя с фиксированным током базы используют реже по следующим причинам:

• при воздействии дестабилизирующих факторов (на­пример, температуры) изменяются величины β и I_ко, что изменяет ток I_б0 и положение начальной рабочей точки.

•  для каждого значения β необходимо подбирать соответствующее значение R_б, что нежелательно при ис­пользовании как дискретных приборов (т. е. приборов, из­готовленных не по интегральной технологии), так и инте­гральных схем.

Схема резистивного усилителя с коллекторной стабилизацией. Эта схема обеспечивает лучшую стабильность начального режима. В схеме имеет место отрицательная обратная связь по напряжению (выход схемы — коллектор транзистора соединен с входом схемы — базой транзистора с помо­щью сопротивления Rб).

Схема резистивного усилителя с фиксированным напряжением на базе и эммитерной стабилизацией.

Рис. 8 Резистивный усилитель с фиксированным напряжением на базе и эмиттерной стабилизацией.

R_э в данной схеме предназначено для температурной стабилизации точки покоя. Конденсаторы предназначены для разделения путей протекания переменной и постоянной составляющей тока. R₁ и R₂ обеспечивают фиксированное напряжение на базе транзистора, выбор точки покоя на входной и выходных характеристиках.

Различают следующие режимы работы транзистора (классы работы): А, АВ, В, С и D. Рассматриваемые RС-усилители обычно работают в режиме А. В режиме А ток коллектора всегда больше нуля. При этом он увеличивается или уменьшается в зависимости от входно­го сигнала. В режиме В I_б0=0, поэтому ток коллектора может только увеличиваться. Режим АВ является промежуточным между режимами А и В. В режиме С на вход транзистора подается начальное запирающее напряжение, поэтому в цепи коллектора в каждый период входного сигнала ток протекает в течение времени меньшего, чем половина периода. Режимом D называют ключевой режим работы (транзистор находится или в режиме насыщения, или в режиме отсечки).