Исследование характеристик транзисторных усилителей с RC-связью: Методические указания к лабораторной работе № 3 по курсам "Электронные устройства робототехнических систем" и "Электронные устройства мехатронных систем", страница 2

Максимальные значения выходного напряжения и тока определяются из условия неиспользования существенно нелинейных областей насыщения и отсечки выходных характеристик транзистора для усиления сигналов. Их границы определяются соответственно значениями Uкэмин  (для маломощных транзисторов U_КЭМИН = (0,7¼1,5) В) и I^*кмин = Iк при I_Б =0. Как видно из рис. 3, перемещение рабочей точки в положение  A₂ , вызванное увеличением температуры, ограничивает максимальную амплитуду выходного напряжения значениемUкэm, а перемещение рабочей точки в положение A₃   ограничивает максимальную амплитуду выходного тока значением Iкm. В нормальных же условиях максимальная амплитуда выходного напряжения может быть увеличена без появления нелинейных искажений на абсолютную величину приращениях D⁺u_КЭ, а максимальная амплитуда тока - на абсолютную величину приращения  D^-i_K.

На практике режим каскада по постоянному току (координаты Iкр, Iкэр) формируется по требуемым максимальным значениям выходных величин Uкэm  и Iкm. С учетом перемещений рабочей точки при изменении температуры координаты определяются в соответствии со следующими формулами:

Iкр=Iкm+ Iкмин +½D^-i_К ½                                                    (2)

Uкэр=Uкэm+ Uкэмин +½D⁺u_КЭ½                                       (3)

С помощью найденных значений рассчитывается каскад по постоянному току, в результате чего определяются величины сопротивлений Rк,Rэ, R1 и R2 (рис. 2). Методика расчета изложена в [1].

При экспериментальном исследовании рассчитанного усилительного каскада правильность выбора режима по постоянному току может быть определена по его амплитудной характеристике U_выхm = f(U_вхm). При правильном выборе начало появления нелинейных искажений должно наблюдаться при амплитудном значении Uвых, превышающем заданную величину Uкэm по крайней мере на абсолютную величину U⁺_КЭ .

Для имеющейся схемы каскада и известного диапазона температур по его амплитудной характеристике может быть определена максимальная амплитуда выходного сигнала  U_КЭm , которая будет воспроизводиться без нелинейных искажении. Для этого должны быть измерены потенциалы выводов эмиттера, базы и коллектора относительно общего провода, определен ток коллектора в рабочей точке  Iкр, и вычислено значение  DU⁺_КЭ.  При приближенных расчетах можно полагать     

½DU⁺_КЭ½ (0,1¼0,15)E_K. Тогда максимальная величина амплитуды Uкэm может быть определена по амплитудному значению выходного напряжения, соответствующему началу появления нелинейных искажений. Принцип определения иллюстрируется рис.4.

При организации режима по постоянному току необходимо учитывать, что введение резистора Rэ в цепь эмиттера транзистора приводит к возникновению ООС не только по постоянному, но и по переменному току. Действительно, входной сигнал каскада, приложенный между базой транзистора и общим проводом (см. рис. 1а и б),                        будет создавать на резисторе в цепи эмиттера    

сигнал переменного тока, фаза которого совпадает с фазой входного сигнала каскада. При этом входное (управляющее) напряжение транзистора переменного тока будет равно разности сигналов на входе каскада и на резисторе в цепи эмиттера. Для ликвидации ООС по переменному   току резистор в цепи эмиттера шунтируется конденсатором достаточно большой емкости.         

Формирование схемы усилителя c RC связью по переменному току     и расчет её элементов производится из условий получения необходимых технических показателей для заданных диапазонов частот сигналов и рабочих температур.

При анализе переменных составляющих токов и напряжений можно не принимать во внимание их постоянные составляющие [1]. Внутреннее сопротивление источника питания Eк переменному току принимается равным нулю, и полные эквивалентные схемы усилителей рис. 1а и б имеют вид, изображенный на рис. 5а и б соответственно.