Режим работы усилителя по переменному току

Рассмотрим изменения в работе усилителя, если к транзистору подключить сопротивление нагрузки R_н и подать на вход напряжение от генератора U_вх, создающего переменное напряжение (рис. 1.26).

Для переменного тока на выходе величина реактивного ёмкостного сопротивления . Поэтому падение напряжения на ёмкости C_р будет мало и им можно пренебречь. Используя метод суперпозиции (источники заземляются), сопротивление нагрузки для переменной составляющей выходного тока уменьшается по сравнению с R_К:

. (1.79)

Таким образом, сопротивление нагрузки по переменному току < R_к.

Поэтому при расчётах статических режимов работы транзистора следует строить две нагрузочные прямые: для постоянного тока и для переменного тока (рис.1.27).

Для постоянного тока уравнение нагрузочной прямой имеет вид:

. (1.80)

Точки пересечения нагрузочной прямой с осями выходной характеристик: по оси ординат , по оси абсцисс .

Для переменного тока

. (1.81)

Максимальную амплитуду переменного выходного напряжения, которое будет передаваться без искажений, определяет произведение

. (1.82)

Если изменения входного напряжения U_вх, тока базы i_б и тока коллектора i_к укладываются в линейные участки входной и выходной характеристик, то форма выходного напряжения U_вых будет соответствовать форме входного напряжения.

Рассмотрим временные диаграммы токов и напряжений усилителя по схеме с ОЭ, работающего в динамическом режиме, схема которого изображёна на рис.1.28.

Эти диаграммы показаны на рис.1.29 и показывают эпюры напряжений и токов на различных выводах транзистора при подаче на вход усилителя гармонического напряжения, график которого показан на рис. 1.29, а.

Напряжение U_БЭ на переходе база-эмиттер (рис. 1.29, б) изменяется в такт со входным напряжением. Это напряжение модулирует рабочий потенциал перехода U_БЭр.

Соответственно, ток в базе транзистора I_Б (рис. 1.29, в) при соответствующем выборе рабочего режима входной цепи изменяется пропорционально входному напряжению U_вх, достигая своего максимального I_{Б max} и минимального значений.

Ток в коллекторе транзистора I_К (рис. 1.29, г) при правильном выборе рабочего режима выходной цепи (активный режим) изменяется пропорционально входному току I_Б, достигая своего максимального I_{К max} и минимального значений.

На рис. 1.29, д представлено изменение разности потенциалов U_КЭ на переходе коллектор- эмиттер усилительного транзистора. В данном случае увеличение тока коллектора I_К ведет к возрастанию падения напряжения на резисторах R_К и R_Э, включённых последовательно в цепь коллектор-эмиттер транзистора. Значение потенциала U_КЭ рассчитывается по формуле

. (1.83)

Следовательно, в усилителе, включённом по схеме с ОЭ, напряжение U_КЭ изменяется в противофазе с коллекторным током I_К, и, следовательно, с входным напряжением U_вх. Это обстоятельство является важной особенностью усилителя с транзистором, включённым по схеме с ОЭ.

Выходное напряжение усилителя U_вых после отфильтровывания постоянной составляюшей на разделительной ёмкости С_р2 (рис.1.29, е) составит величину

U_вых =i_К (R_К||R_н), (1.84)

где i_К – значение переменной составляющей тока коллектора.