Полная схема усилительного каскада на биполярном транзисторе изображена на рис. 14.10.

Рис. 14.10

Она включает источник усиливаемого синусоидального сигнала Ė_г, источник постоянной ЭДС e_k и резистивные элементы R_к, R_э, R_б1 и R_б2, обеспечивающие требуемый режим в рабочей точке транзистора (рис. 14.11), конденсаторы C₁ и C₂, препятствующие протеканию постоянного тока источника е_к через элементы генератора Ė_г и нагрузки R_н. Расчет каскада при заданных параметрах цепи включает анализ режима по постоянному току (определение рабочей точки) и анализ малосигнального режима в рабочей точке.

Рис. 14.11

При анализе на постоянном токе генератор и нагрузка не влияют на распределение токов, так как ветви с емкостями C₁ и C₂ принимаются разомкнутыми. Поэтому анализ проводят для цепи рис. 14.12, для которой система уравнений Кирхгофа имеет вид:

Она включает семь неизвестных и позволяет определить все искомые величины, используя пять записанных уравнений и два семейства входных и выходных характеристик транзистора.

Рис. 14.12

Поскольку при расчете режима постоянного тока необходимо учитывать нелинейность характеристик, то расчет произведем методом последовательных приближений. Так как значения тока базы i_б существенно меньше значений токов в коллекторной цепи i_к и i_э, пренебрежем слагаемым i_б в первом уравнении системы и перепишем оставшиеся уравнения, принимая i_э = i_к, в виде:

(14.1)

Исключим далее токи i₁ и i₂ в линейной части цепи. При подстановке i₁ из первого уравнения в третье получим е_к = (R_б1 + R_б2i)i₂ + R_б1i_б, откуда выразим i₂:

Подстановка этого выражения в последнее уравнение системы (14.1) позволяет привести его к виду

(14.2)

Теперь для определения значений i_к, u_{к. э}, i_б и u_{б. э} имеем второе уравнение (14.1), (14.2) и два семейства характеристик транзистора.

На семействе выходных характеристик второе уравнение (14.1) изображается прямой линией, проходящей через точки (e_к, 0) на оси абсцисс и (0, е_к/(R_э + R_к)) — на оси ординат (см. рис. 14.11). Пересечение этой нагрузочной прямой с выходными характеристиками определяет связь тока базы i_б с током коллектора i_к. Для их нахождения зададимся значением i_б, отвечающим отдельной выходной характеристике. Ордината ее пересечения с нагрузочной прямой определяет соответствующее значение i_к. Подстановка i_б и i_к в уравнение (14.2) для выходного напряжения дает значение и_{б. э}. Изобразим точку с координатами (и_{б. э}, i_б) на семействе входных характеристик. Эта точка не лежит на входной характеристике, так как исходное значение i_б было принято произвольно. Последовательно повторяя описанную процедуру расчета, найдем то значение тока базы i_б0, при котором значение и_{б. э}, определяемое из уравнения (14.2), отвечает входной характеристике (точка A на рис. 14.11).

Далее указанным в п. 14.1 способом по характеристикам в рабочей точке определяют малосигнальные параметры транзистора. В малосигнальной схеме замещения каскада закорачивают источник постоянной ЭДС e_к и разделительные конденсаторы C₁ и C₂, емкости которых выбирают таким образом, чтобы их сопротивления 1/wС на рабочей частоте каскада были существенно меньше сопротивлений включенных с ними последовательно резистивных элементов. Транзистор замещается одной из малосигнальных схем с параметрами, отвечающими рабочей точке (см. рис. 14.4, 14.5).

Используя схему замещения транзистора при H₁₂ = 0 (рис. 14.5, а), получим малосигнальную схему усилительного каскада рис. 14.13. Токи и напряжения в ней рассчитывают известными методами анализа — с помощью узловых или контурных уравнений.

Рис. 14.13

Пример расчета транзисторного каскада приведен в Задаче 12.1.