Stfw.RuВнешние сопротивления в общем случае являются комплексными, поэтому различают динамические характеристики постоянного тока и динамические характеристики переменного тока.
Существует большое число типов динамических характеристик, но при анализе и расчете усилительных каскадов графо-аналитическим способом обычно используют лишь три: выходные, входные и сквозные динамические характеристики.
Выходными динамическими характерис-тиками называют графики зависимости выходного тока усилительного элемента от напряжения между его выходными электродами при наличии нагрузки в выходной цепи.
Выходную динамическую характеристику, построенную при различных значениях входного тока или входного напряжения, называют нагрузочной линией (нагрузочной прямой).
3.11. Упрощенная схема каскада ("а") и нагрузочная прямая ("б") для постоянного тока.
Нагрузочную линию постоянного тока используют для определения положения точки покоя на семействе выходных статических характеристик при известных Е, R= и iвх0, где Е – напряжение источника питания усилительного каскада; R= – нагрузочное сопротивление каскада для постоянного тока; iвх0 – постоянный входной ток усилительного элемента в статическом режиме (при отсутствии входного сигнала). Способ построения демонстрируется на 3.11.
Для схемы 3.11 справедливо выражение:
(3.26)
Принимая =0, получаем . При =0 имеем . Точка покоя всегда находится на нагрузочной прямой для постоянного тока, задается током iвх0 и характеризуется двумя координатами: и .
Предположим, что при подаче сигнала на управляющий электрод усилительного элемента значение выходного тока увеличивается на величину , т.е.
(3.27)
Тогда , (3.28)
где – нагрузочное сопротивление каскада для переменного тока.
В координатах , прямая, определяемая выражениями (3.27) и (3.28), всегда проходит через точку покоя и называется нагрузочной прямой для переменного тока. Ее построение может быть выполнено непосредственно по (3.27) и (3.28):
полагая , получаем и .
Принимая , имеем , откуда и .
Нагрузочная линия переменного тока используется при расчетах усилительных каскадов, работающих при большой амплитуде сигнала.
3.12. Схема каскада с RфСф-фильтром.
При комплексном характере нагрузки выходной цепи усилительного элемента нагрузочная линия переменного тока не является прямой вследствие фазового сдвига между током и напряжением в цепи нагрузки. Однако в большинстве случаев нагрузка является практически активной.
Выясним, чем отличаются и как определяются нагрузочные сопротивления и на примере схемы, приведенной на
3.12.
Для нахождения нужно проследить путь прохождения постоянной составляющей выходного (коллекторного) тока, учитывая, что источником этого тока является источник питания Е. В войдут все сопротивления, влияющие на величину . Имеем: .
Источником переменного тока в цепи нагрузки являются выходные зажимы усилительного элемента, т.е. коллектор-эмиттер. Для упрощения вычислений будем считать, что на рабочих частотах и . Тогда . Таким образом, в схеме 3.12 . В общем случае, может быть как больше, так и меньше . Например, в трансформаторном каскаде, схема которого приведена на 3.13, имеем:
,
где – активное сопротивление первичной обмотки трансформатора.
, где и – пересчитанные в первичную обмотку сопротивления вторичной обмотки и . Здесь .
3.13. Схема трансформаторного каскада.
Входной динамической характеристикой называют график зависимости входного тока усилительного элемента от напряжения между его входными электродами при наличии нагрузки в выходной цепи.
При изменении сопротивления нагрузки в выходной цепи транзистора изменяется его входное сопротивление и наклон его входной характеристики. Однако эти изменения существенны лишь при сопротивлении нагрузки, соизмеримом с внутренним сопротивлением транзистора. Но в транзисторных каскадах значительно меньше , где – дифференциальное сопротивление коллекторного перехода, и транзистор работает практически в режиме короткого замыкания выходной цепи. В этих условиях входная динамическая характеристика практически совпадает со статической, что и используется при расчетах.
Сквозной динамической характеристикой называют график зависимости выходного тока усилительного элемента от э.д.с. источника входного сигнала при наличии в выходной цепи сопротивления нагрузки.
Применяется сквозная динамическая характеристика при определении нелинейных искажений, вносимых совместным действием нелинейности входной и выходной цепей транзистора.
Построение сквозной динамической характеристики производится с использованием нагрузочной прямой каскада для переменного тока и входной характеристики транзистора. Для точек пересечения нагрузочной прямой со статическими выходными характеристиками отмечают значения выходного тока и входного тока , а для соответствующих им точек статической входной характеристикой транзистора – входные напряжения (в схеме с ОЭ – и ). Э.д.с. источника сигнала во входной цепи для каждой из точек находят по выражению:
, (3.29)
полученному в результате представления входной цепи усилителя в обобщенном виде ( 3.14):
3.14. Обобщенная схема входной цепи усилителя.
3.15. Последовательность построения характеристики .
В схемах конкретных усилителей определяется более сложными выражениями.
Изложенная выше последовательность построения сквозной динамической характеристики иллюстрируется 3.15.
Определение гармонических составляющих выходного тока
Пусть на вход усилительного каскада подается синусоидальная э.д.с. Вследствие нелинейности входной и выходной характеристик усилительного элемента форма тока в выходной цепи будет отличаться от гармонической. Строгий графо-аналитический расчет гармоник громоздок и используется редко. Практическое распространение получил приближенный метод, получивший название метода пяти ординат. Данный метод применим, когда отсечка части усиливаемых колебаний отсутствует. В этом случае при гармоническом входном сигнале выходной ток в основном состоит из постоянной составляющей и первых трех гармоник. Четвертая гармоника при этом обычно не превышает 1%, а остальные еще меньше.
3.16. Сквозная динамическая характеристика.
При определении гармо-нических составляющих выход-ного тока методом пяти ординат на сквозной динамической харак-теристике каскада ( 3.16) отмечают пять точек, соответ-ствующих: ; ; ; ; .
Постоянную состав-ляющую (среднее за период значение сигнала) выходного тока и амплитуду его первых четырех гармоник определяют по формулам :
Проверку правильности вычислений гармоник выполняют по соотношению:
По найденным амплитудам гармоник коэффициент гармоник определяют по (3.8).
