Материал: Физические основы и схемотехника электронных устройств автоматики. Гиоргадзе А.L., Кириллов Ю.В

Для переменной составляющей коллекторного тока сопротивление резонансного контура велико - тысячи и десятки тысяч Ом. Таким же может быть сопротивление переменному току со стороны первичной обмотки нагруженного трансформатора. Следовательно, по постоянному току транзистор работает в режиме без нагрузки, а по переменному току - в режиме нагрузки. Основное уравнение рабочего режима теперь надо писать иначе:

Uк-э=Е2– iк∙Rн.

Вместо тока iк следует учитывать его приращение iк, т.е. переменную составляющую тока, поскольку только для нее не существует нагрузочное сопротивление Rн. Под iк здесь следует понимать изменение тока с достаточно большой частотой, например с резонансной частотой контура, так как только на этой частоте контур обладает большим и чисто активным сопротивлением.

Рис. 2.79

Для построения линии нагрузки в уравнении Uкэ=Е2– iкRн положим iк=0, и тогда Uк-э=Е2. Этому случаю соответствует рабочая точка T (рис. 2.79), определяющая режим покоя. Чтобы нанести ее на график, надо знать еще постоянный ток базы Iб0. Тогда T определяет ток покоя Iк0. Вторую точку линии нагрузки найдем, положив Uк-э=0. Тогда iк=Е2 Rн и на оси ординат получается точка N, которая нужна лишь для построения. Она (и ряд точек около нее) не соответствует реальному режиму, так при Uк-э=0 в транзисторе не может быть наибольшего коллекторного тока. Через точки T и N проводим прямую, которая является линией нагрузки.

198

С целью сравнения показана штрихами линия нагрузки для резисторного каскада с таким же сопротивлением Rн, т.е. когда Rн одинаково для постоянного и переменного тока. Эта характеристика сдвинута вниз на значение, равное току покою Iк0.

Особенности линии нагрузки трансформаторного или резонансного каскада сводятся к следующему. Рабочей точке соответствует напряжение Е2, а не Uк-э0 = Е2–Iк0Rн. При построении линии нагрузки резисторного каскада на оси тока от начала координат откладывался отрезок Е2 Rн, а в данном случае такой отрезок откладывается от уровня тока Iк0, т.е. характеристика проходит выше. Интересно, что при отрицательной полуволне тока, когда коллекторный ток уменьшается ( iк 0 и iк Iк0), напряжение коллектора становится больше Е2. Весь участок TM рабочей характеристики соответствует коллекторным напряжениям, превышающим напряжение источника.

Это странное, на первый взгляд, явление объясняется наличием в коллекторной цепи накопителей энергии - индуктивности первичной обмотки трансформатора или индуктивности и емкости колебательного контура. Действительно, если iк 0, ток возрастает и происходит накопление энергии в магнитном поле катушки. Приращение тока имеет такой же знак, как и сам ток, падение напряжения на Rн меняет знак и не вычитается из Е2, а складывается с ним. Когда iк 0, значение iкRн прибавляется к Е2. При iк= –Iк0 получается максимальное напряжение Uк-э max=Е2+Iк0Rн, соответствующее точке М.

Таким образом, в трансформаторном или резонансном усилительном каскаде мгновенное напряжение коллектора может быть значительно выше Е2. В остальном графические построения и вычисления для режима усиления делаются прежним порядком.

Пример:

Найдем значения основных величин, характеризующие работу каскада с транзистором, по числовым значениям, приведенным на рис. 2.77. Будем рассматривать случай, когда источник усиливаемых колебаний работает как генератор тока. Линия нагрузки построена по значениям Е2=10В и Rн=2кОм. При этих данных получается Е2 Rн=10:2=5мА. Рабочий участок АБ соответствует значениям 2Imб=80мкА, 2Imк=4,5мА и 2Umк-э=9В. Отсюда находим

Imб=40мкА, Imк=2,25мА, Umк-э=4,5В и Рвых=0,5ImкUmк-

э=0,5∙2,25∙4,5 5мВт. Рабочая точка T определяет значения

199

Iб0=40мкА, Iк0=2,5мА и Uк-э0=5В. Мощность, выделяющаяся в транзисторе, Рк0=Iк0Uк-э0=2,5∙5=12,5мВт. По точкам А1, Б1 и T1 входной характеристики находим 2Umб-э 150мВ, т.е. Umб-э=75мВ и Uб- э0=225мВ. Теперь можно рассчитать входную мощность и входное сопротивление:

Рвх∙0,5тбUmб-э=0,5∙40∙10-6∙75=1,5∙10-3мВт;

Rвх=Uтб-э/Iтб=75∙10-3 40=1875Ом.

Коэффициенты усиления

кi=Imк Imб=2,25∙103 40=56;

кu=Umк-э Umб-э=4,5∙103 75=60

кp=кiкu=56∙60=3360 или

кp=Pвых Рвх=5∙103 1,5 3330.

Небольшое расхождение есть результат неточности графических расчетов.

Мощность, расходуемая источником Е2,

Р0=Е2Iк0=10∙2,5=25мВт, а КПД =Рвых Р0=5 25=0,2=20%. Конечно, в

таком маломощном каскаде КПД не играет роли, но его вычисление приведено в качестве примера.

Если постоянное напряжение на базу подается от источника Е2 через понижающий (гасящий) резистор Rб, то его сопротивление определится по закону Ома:

Rб=(Е2–Uб-э0) Iб0=(10–0,225) (40 10-6) 0,25∙106Ом=250кОм.

Рассмотренное построение рабочих характеристик и расчеты с их помощью могут быть сделаны аналогично и для схем ОБ.

200