На внешних выводах входной цепи транзистора к напряжению (/дэ добавляется напряжение, возникающее на сопротивлении материала базы t/rg. Оно синфазно с управляющич гокс (рис. 1.38, б). Результирующее напряжение на выводах базы и эмиттера имеет вид, показанный на рис. 1.38, б шгрихпунктиром. Для обеспечения угла отсечки коллекторного тока, равного или близкого к 90°, на базу транзистора необходимо подавать внешнее запирающее напряжение смещения Бм-

Форма коллекторного тока определяется законом изменения величины заряда неосновных носителей в области базы Отметим, что импульс коллекторного тока отличается по форме от косинусоиды (рис. 1.38, г). Лаксимум импульса смещен влево. Такая форма импульса наблюдается только в области низких и средних частот (/ З/р). В области высоких частот (/ > З/р) импульс коллекторного тока приобретает симметричную косинусоидальную форму Так как время рекомбинации неосновных носителей заряда в базе превышает период ВЧ-колебанни, ток в базо-эмиттерном переходе становится чисто емкостным (пунктирная линия на рис. 1.38, в).

Отличие формы коллекторного тока от синусоидального мало влияет на значения первой гармоники и постоянной составляющей. В инженерных расчетах можно использовать коэффициенты Берга (см. § 1.3), рассчитанные для синусоидального импульса тока Изменение положения максимума импульса тока коллектора вызывает изменение фазы первой гармоники, что для усилительных каскадов не имеет значения.

Расчет режима работы транзистора, возбуждаемого генератором тока, отличается от расчета режима работы транзистора, возбуждаемого генератором напряжения.

Вспомогательные коэффициенты не рассчитывают, так как можно считать Oi = Qj. Принимают а = 1, ft = cos О.

Амплитуда управляющего напряжения базы

(Аб+Ргэ)/б1 1/1+(мт8) l6i(re±

Напряжение смещения базы

1/1+(ШТэ)

При расчете максимального обратного напряжения эмиттерного перехода может оказаться, что оно превышает предельно допустимое значение, В этом случае рекомендуют искусственно увеличить емкость Сд путем включения на входе транзистора дополнительного конденсатора С4 (показан пунктиром на рис. 1.37). Емкость дополнительного конденсатора на нижней частоте

Р /6iYo( -9)

О4 - цоа

(I £б 1 + 16 доп1) W7i(n- 0) 55

§ 1.13. Транзисторный усилитель

в ключевом режиме с резистивной нагрузкой

Работа транзистора в граничном или недонапряженном режиме сопровождается потерями мощности в коллекторном переходе, составляющими не менее (0,3 0,4) Рист- В результате значительного нагрева транзистора снижается надежность его работы, уменьшается полезная мощность прибора.

В ключевом режиме транзистор работает в области насыщения или в области отсечки В активной области транзистор работает в течение очень короткого времени, вследствие чего мощность рассеяния снижается до (0,1 ~ 0,05) Я сг- Полезная мощность транзистора при работе в ключевом режиме может быть увеличена в 1,5-2 раза по сравнению с полезной мощностью, получаемой в критическом режиме. Ключевой режим характеризуется малой чувствительностью к изменению параметров транзистора {Еб, г, Р) и уровню возбуждения, а также высоким к. п. д. Указанные преимущества - способствуют использованию ключе-

вых релснлюв при работе транзисторов. Одним из первых, нашедших практическое применение в радиопередающих устройствах, является усилитель с резистивной нагрузкой. Принцип работы, форму напряжений и токов, а также энергетические показатели рассмотрим на примере усилителя, схема которого представлена па рис. 1.39. Коллекторная цепь транзистора заменена ключом К, который попеременно замкнут или разомкнут. Такая замена возможна, так как транзистор находится или в закрытом состоянии (выходное сопротивление велико), или в состоянии насыщения (выходное сопротивление определяется сопротивлением насыщения Гнас и в первом приблилении может не учитываться). Конденсатор С и дроссель L являются блокировочными элементами. В установившемся режиме (при постоянной скважности) можно считать, что напряжение на обкладках конденсатора С равно а через дроссель L протекает ток /,50 = const. В момент времени, когда транзистор открыт и работает в области насыщения, через него протекает ток / д и ток разряда конденсатора /с = EJRu- Когда транзистор закрыт (область отсечки), ток /цо протекает по цепи С, R , восполняя потери энергии коиленсатора на предыдущем этапе. На резисторе R падение напряжения Е = / оРн- Максимальный ток в области насыщения Лшах = + EJRh == 2/ко. В области отсечки напряжение коллектора равно 2Ец. Форма токов и напряжений в схеме представлена на рис. 1.40. Напряжение на нагрузке имеет прямоугольную форму и амплитуду, равную Е. Амплитуда напряжения основной частоты

и 1 = Ек, что соответствует мощности Pi = 0,815Ро. Мощность высших гармонических составляющих равна 0,185Ро. Разделение токов

основной частоты и высптпх гармонических составляющих производят с помощью специальных фильтров. Фильтр нижних частот (ФНЧ) направляет ток основной частоты в нагрузку, а фильтр верхних частот (ФВЧ) направляет токи остальных гармоник в балластный резистор (рис. 1.41).

Следует отметить, что при выполнении сделанных допущений мощность рассеяния на коллекторе транзистора очень мала, т. е. почти вся мощность источника постоянного тока преобразуется в мощность ВЧ-колебаний. Поскольку сигнал на выходе транзистора не гармонический, то для оценки эффективнсг.1 работы транзистора в ключевом режи:.е

Рис. 1.40

Рис. 1.4 i

ввели специальный параметр - электронный к. п. д. ц, оценивающий эффективность работы транзистора при преобразовании мощности источника постоянного тока в лющность ВЧ-колебапий:

При этом мощность рассеяния на коллекторе транзистора

Следовательно,

Лэ=1-РраЛ

Электронный к. п. д. не равняется к. п. д, по первой гармонике. Для транзисторного усилителя с резистивной нагрузкой предельный теоретический Tie = 1, а = 0,815. На практике эти к. п. д. имеют меньшие значения из-за потерь мощности в транзисторе, обусловлен ных наличием выходного сопротивления транзистора, конечным временем перехода из области отсечки в область насыщения и обраг-