Цепи с обратной связью. Нелинейные цепи. Усилительные устройства. Автоколебательные системы (12-15 главы учебника "Радиотехнические цепи и сигналы" под ред. К.Е.Румянцева), страница 13

              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.