Графический анализ усилительного режима
Целью графического анализа является наглядное представление процессов в режиме усиления электрических сигналов. На рис. 4.26, а показаны временные диаграммы токов и напряжений в базовой цепи, а на рис. 4.26, б — в коллекторной. Режим работы по постоянному току определяется резисторами Rб и RK. Для этого в системе координат iK = f(uкэ) строят нагрузочную линию коллекторной цепи (рис. 26, б) аналогично тому, как это делалось при анализе выпрямительного режима диода. Точки пересечения этой линии с выходными характеристиками определяют режим работы коллекторной цепи при конкретном значении тока базы, В качестве исходной рабочей точки (ИРТ) выбирают пересечение нагрузочной линии с той выходной характеристикой, при которой выполняется условие Uкэ0= Еи.п / 2 (точка А'). Этой ИРТ соответствует ток базы iб = Iб0.
Чтобы обеспечить получение тока Iб0, в системе координат iб =f(и6э) строят нагрузочную линию цепи базы (рис. 26, а). Для этого на входной характеристике выделяют точку А (она является исходной рабочей точкой базовой цепи, в этой точке iб = Iб0 и проводят прямую линию, проходящую через точки А и Еи.п, Наклон этой линии определяет значение сопротивления Rб После того как задан режим работы по постоянному току, строят графики временных зависимостей токов и напряжений, полагая входной сигнал синусоидальным.
Пусть внешняя нагрузка отсутствует, а на базу транзистора через разделительный конденсатор С6 поступает напряжение с амплитудой U6эm, изменяющее положение рабочей точки. При положительной полуволне синусоидального напряжения рабочая точка по входной характеристике сдвигается вверх, максимуму напряжения соответствует точка В. При отрицательной полуволне рабочая точка сдвигается вниз, минимуму напряжения соответствует точка С. В результате ток базы изменяется с амплитудой Iбm. Изменение тока базы вызывает изменение положения рабочей точки на выходных характеристиках. При положительной полуволне входного напряжения она сдвигается вверх и занимает положение В', а при отрицательной полуволне сдвигается вниз и занимает положение С. При этом ток коллектора изменяется с амплитудой Iкm а напряжение — с амплитудой Uкэm, причем напряжение на коллекторе находится в противофазе с напряжением на базе.
При наличии внешней нагрузки, подключенной к коллектору через конденсатор, нагрузочная линия изменяет свой наклон (см. пунктир на рис. 4.26, 6), так как сопротивление для переменного тока уменьшается, оно становится равным Rнэ = Rн *Rк / (Rк + Rн). Подключение внешней нагрузки не изменяет режим работы транзистора по постоянному току, поэтому нагрузочная линия при наличии внешней нагрузки проходит через ту же точку А', но пересекает выходные характеристики, соответствующие максимуму и минимуму тока базы, в точках В" и С". Нетрудно понять, что при этом амплитуда Uкэm уменьшается, а амплитуда Iкm незначительно возрастает. Одновременно с этим уменьшается площадь заштрихованных треугольников, определяющая выходную мощность переменного тока
Определив с помощью графических построений амплитуды входных и выходных сигналов, можно рассчитать основные параметры усилителя:
□ 
коэффициент усиления напряжения;
□ 
коэффициент усиления тока;
□ 
коэффициент усиления мощности;
□ 
входное сопротивление;
□ 
выходное сопротивление,
где Uвых.х.х — выходное напряжение холостого хода при Rн →∞, Iвых.к.з, — выходной ток короткого замыкания при Rк = 0;
□ 
коэффициент полезного действия,
где 
мощность, потребляемая от источника питания.
Из проведенного анализа следует, что усиление электрических сигналов происходит за счет преобразования мощности источника постоянного тока в мощность переменного тока Рвых = Uкэm*Ikm /2, выделяемую в нагрузке. При этом КПД оказывается не очень высоким. В пределе Uкэm = Еи.п / 2, Iкm = Iко следовательно, ηпред = 0,25. Поэтому рассмотренный режим, называемый линейным (или режимом А), применяют в основном в маломощных усилителях, где потери мощности, расходуемой на нагрев транзистора и резистора RK, невелики. В мощных усилителях применяют иные режимы работы транзистора и более сложные схемы, обеспечивающие получение более высокого КПД.