При выполнении расчетов каскадов радиотехнических устройств выбор или задание рабочей точки нелинейного резистора является весьма важным моментом, поскольку это определяет как режим работы нелинейного резистора, т.е. напряжения на его внешних выводах и ток, протекающий через элемент, так и характеристики сигнала на выходе каскада.
Существуют два подхода к определению рабочей точки. Рассмотрим их с помощью рис. 13.8, на котором показаны электрическая цепь и ВАХ линейного и нелинейного резисторов.
Пусть имеется электрическая цепь, в которой последовательно включены нелинейный резистор Rнл и резистор Rс постоянным сопротивлением (см. рис. 13.8, а). К цепи подключен источник постоянного напряжения Eп.
Определение рабочей точки осуществляется следующим образом. В электрической цепи резисторы включены последовательно, соответственно через них протекает один и тот же ток. Учитывая это, можно провести геометрическое суммирование ВАХ этих резисторов, получая суммарное сопротивление цепи (Rнл+ R). Для этого ось токов разобьем на множество точек, через которые проведем линии, параллельные оси напряжений. Эти линии, пересекая ВАХ нелинейного и линейного резисторов, определяют напряжения, падающие на этих резисторах при соответствующем токе. Суммируя эти напряжения, получим значения суммарных напряжений, которые необходимо приложить к цепи при соответствующих величинах токов. Проведя кривую через точки, определенные суммарными напряжениями и токами, им соответствующими, построим ВАХ суммарного сопротивления (Rнл+ R).
Рис. 13.8. Электрическая цепь (а) и ВАХ (б) линейного Rи нелинейного Rнлрезисторов
Построив суммарное сопротивление цепи (Rнл+ R), на оси напряжений отметим точку, соответствующую напряжению Eп источника питания. Через эту точку проводим линию, параллельную оси токов, до пересечения с ВАХ суммарного сопротивления в точке А, через которую, в свою очередь, проводим линию, параллельную оси напряжений. Точки пересечения этой линии с ВАХ нелинейного (точка В) и линейного (точка С) резисторов определяют напряжения Uнл0 и UR0,которые падают на нелинейном и линейном резисторах в рабочей точке, а пересечение этой линии с осью токов определяет ток резисторов в рабочей точке.
Рассмотренный метод определения положения рабочей точки нелинейной цепи достаточно нагляден, однако он весьма громоздок, так как требует множества графических построений и вычислений. Из-за этого он не нашел широкого применения и на практике чаще используется другой метод.
Пусть имеется нелинейная цепь (см. рис. 13.8, а). Для выбора положения рабочей точки в системе координат, в которой построена ВАХ нелинейного резистора (см. рис. 13.8, б), по оси напряжений откладываем напряжение Еп источника питания, как показано на рис. 13.9. В точке приложения напряжения Еп источника питания в зеркально исходной системе координат строим новую систему координат. В этой системе координат размещаем ВАХ линейного резистора. Точка А пересечения ВАХ нелинейного и линейного резисторов и будет рабочей точкой нелинейной цепи при заданном напряжении Eп источника питания. В выбранной рабочей точке ток, протекающий в цепи, равен I0, напряжение, прикладываемое к нелинейному резистору Rнл, равно Uнл0, а напряжение, падающее на линейном резисторе R, равно Eп- Uнл0. Рассмотренный метод выбора рабочей точки нагляден и прост в использовании, поэтому он и находит широкое применение при расчете каскадов радиотехнических устройств.
Рис. 13.9. Определение положения рабочей точки нелинейного резистора
Если в нелинейной цепи последовательно включены несколько нелинейных и линейных резисторов, то для выбора рабочей точки цепи необходимо выполнить следующее.
1. Используя геометрическое суммирование относительно ВАХ нелинейных резисторов, необходимо получить суммарную ВАХ этих элементов (см. рис. 13.8, б).
2. Найти суммарное сопротивление линейных резисторов.
3. Используя метод определения положения рабочей точки в нелинейной цепи, представленный на рис, 13.9, определить ток Iо, протекающий в цепи.
4. Согласно току I0 найти напряжения, падающие на нелинейных и линейных резисторах в стационарном состоянии (в рабочей точке) (см. рис. 13.8, б).
Пример 13.1. На рис. 13.10 приведены электрическая схема усилительного каскада, выходные и входные ВАХ биполярного транзистора. Параметры элементов цепи равны
в
Рис. 13.10. Электрическая схема усилительного каскада (а), выходные (б) и
входные (в) ВАХ биполярного транзистора
следующим величинам: Rк = 2,5 кОм, Rэ= 0,5 кОм, Eп= 9 В. Необходимо найти положение рабочей точки транзистора, т.е. определить напряжение смешения Uсм, ток коллектора Iк0 и напряжение Uкэ0 между коллектором и эмиттером транзистора в рабочей точке.
Решение. В системе координат, в которой расположены выходные ВАХ транзистора, откладываем величину напряжения Eп питания усилительного каскада. Из этой точки строим ВАХ суммарного сопротивления линейных резисторов Rк + Rэ.
Линия Rк + Rэпересекает несколько выходных ВАХ биполярного транзистора. Выберем, например, ВАХ транзистора, соответствующую iб= 20 мкА. Пересечение линии Rк + Rэи выбранной ВАХ транзистора и будет рабочей точкой нелинейного резистора (транзистора). Этой точке в данном примере соответствует: Uкэ0 = 5 В, Iк0 = 1,2 мА, I60 = 20 мкА.
Напряжение на p-n-переходе база—эмиттера Uбэ0 транзистора найдем из входных ВАХ биполярного транзистора. Для этого на оси токов отложим ток базы I60 (см. рис. 13.10, б) транзистора в рабочей точке. Через эту точку проведем прямую, параллельную оси напряжений, до пересечения с входной ВАХ и из полученной точки опустим перпендикуляр до пересечения с осью напряжений. Точка пересечения определяет напряжение Uбэ0= 0,6 В, которое соответствует напряжению смещения биполярного транзистора в рабочей точке Uсм0= Uбэ0.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.