Активный компонент усилителя (транзистор, операционный усилитель, электронная лампа) для выполнения той или иной функции должен иметь вполне определённые координаты статического режима: напряжения на электродах, токи через выводы. Здесь мы будем анализировать работу активных компонентов только в линейном режиме. Координаты статического режима будут задаваться с помощью резисторов, стабилитронов, диодов, источников ЭДС или тока, подключаемых к выводам активных компонентов; эти элементы будем называть цепями смещения.
Параметры элементов цепей смещения должны быть определены на основе расчёта, который выполняется, как правило, на основе решения системы уравнений, составленной на основе первого и второго правил Кирхгофа.
Так, для схемы, приведённой на рисунке 1, справедлива следующая система уравнений:
где UБ – потенциал базы транзистора; IK, IЭ – токи коллектора и эмиттера транзистора соответственно; UКБ, UБЭ – разность потенциалов между соответствующими электродами.
Рис. 1. Схема установления статического режима биполярного транзистора
Второе уравнение системы (1) можно упростить, если выполняется условие: IБ << UБ /RБ2, которое, по сути, означает, что ток базы пренебрежимо мал по сравнению с током делителя RБ1, RБ2; поэтому первым слагаемым в правой части второго уравнения системы (1) можно пренебречь.
Для современных кремниевых транзисторов малой и средней мощности можно считать, что в активном режиме UБЭ » 0,6¸0,7 В, а остальные параметры – любой ток или напряжение, сопротивления резисторов – могут быть неизвестными. На практике чаще всего встречаются три основных ситуации.
1. Полностью отсутствует или имеется минимальная исходная информация о координатах статического режима транзистора. Требуется осуществить параметрический синтез схемы – рассчитать параметры цепи смещения. Поскольку в этом случае система уравнений (1) содержит только неизвестные величины, допустимо множество её решений. В этом случае необходимо задаться некоторыми параметрами элементов цепи смещения и, руководствуясь инженерными соображениями, выбрать разумные координаты статического режима транзистора.
Во-первых, определяют положение рабочей точки (РТ) на входной и выходной характеристиках транзистора (рис. 2). Необходимо, чтобы РТ (рис. 2а) лежала ниже кривой I =f(PК.МАКС ) – так называемой кривой равной мощности; таким образом гарантируется отсутствие превышения предельных эксплуатационных параметров транзистора. Для этого необходимо провести нагрузочную прямую, пересекающую оси координат в точках ЕП и ЕП/RК так, чтобы она полностью лежала ниже кривой равной мощности, и на ней выбрать положение РТ. По сути, нагрузочная прямая показывает возможные координаты рабочей точки при выбранном резисторе RК и напряжении ЕП при изменении сопротивления промежутка коллектор-эмиттер транзистора от нуля до бесконечности, то есть от режима насыщения до режима отсечки.
Во-вторых, для маломощных транзисторов рекомендуется устанавливать типовые значения параметров токов и напряжений, входящих в систему (1.1): IК » 1 мА; напряжение питания ЕП – из стандартного ряда – 3; 4,5; 5; 6,3; 9; 15 [B] и т.д. ............
