Работа транзистора на активную и реактивную нагрузку

4.9.1. Нагрузка транзистора активная

На выходной характеристике I_К(U_К) может быть построена линия нагрузки, пересекающая ось абсцисс в точке (Е_П , 0), ось ординат в точке (0, Е_П /R_Н).

Рабочая точка (РТ) при отсутствии U_ВХ выбирается в середине линии нагрузки, при наличии U_ВХ РТ перемещается по линии нагрузки (рис. 4.34).

Максимальная мощность P_Кmax = 0,5U_КmaxּI_Кmax , выделяемая на коллекторе, равна площади треугольника, образованного осями U_КЭ , I_К и линией нагрузки 1. Этот треугольник принято называть треугольником мощности. Режим работы каскада нужно рассчитывать так, чтобы линия нагрузки не заходила за гиперболу 2 допустимой мощности рассеяния транзистора.

4.9.2. Нагрузка транзистора активно-реактивная (импеданс)

Выходной каскад усилителя обычно работает не на активное сопротивление нагрузки, а на активно-ёмкостную или активно-идуктивную нагрузку.

Входной сигнал – гармонический.

При активно-реактивной нагрузке и гармоническом входном сигнале линия нагрузки превращается в эллипс нагрузки (рис. 4.35). Максимальная мощность, рассеиваемая на транзисторе, увеличивается пропорционально сдвигу фазы φ на нагрузке:

(4.40)

а)	б)
Рис. 4.35. Нагрузка активно-реактивная, UВХ – гармонический сигнал: а – нагрузка активно-ёмкостная; б – нагрузка активно-индуктивная

Нагрузка активно-ёмкостная (рис. 4.34,а).

(4.41)

РТ перемещается по эллипсу нагрузки против часовой стрелки.

Нагрузка активно-индуктивная (рисунок 4.35,б).

РТ перемещается по эллипсу нагрузки по часовой стрелке. Напряжение U_Кmax может превышать величину напряжения питания Е_П .

Входной сигнал – импульсный (скачкообразный).

1. Нагрузка активно-ёмкостная. Эллипс нагрузки трансформируется в пределе в прямоугольник (рис. 4.35,а).

(4.42)

2. Нагрузка активно-индуктивная. Такой характер сопротивления имеют громкоговорители и электромагнитные реле. В момент выключения сигнала возникает экстраток размыкания, вызывающий скачёк напряжения U_Кmax (рис. 4.36,б), зависящий от отношения постоянной времени сигнала τ₀ к постоянной времени нагрузки τ = (L_Н / R_Н).

а)	б)
Рис. 4.36. Нагрузка активно-реактивная, UВХ – импульсный сигнал: а – нагрузка активно-ёмкостная; б – нагрузка активно-индуктивная

Если нагрузка активно-индуктивная и τ >τ₀ , то U_Кmax может превысить напряжение пробоя транзистора (на рис. 4.30,б U_Кmax = 1000 В при Е_П =10 В). Резко возрастает и мощность рассеяния:

(4.43)

4.9.3. Компенсация реактивной составляющей импеданса

Реактивную составляющую импеданса громкоговорителя Z₁ =R_L +pL

можно скомпенсировать, подключив параллельно Z₁ компенсатор Буше-Цобеля – цепочку RC с импедансом R₂ + (1/pС₂). В результате импеданс становится чисто активным и не зависящим от частоты (Z_ОБЩ =R). Условие компенсации

R₂ = R ≈ R_L , С₂ = (L /R²). (4.44)

Влияние индуктивной составляющей импеданса электромагнитного реле можно исключить подключением параллельно обмотке реле диода D₁ (рис. 4.37).

Диод автоматически включается при U_Кmax > Е_П, шунтирует экстраток размыкания и тем самым препятствует скачку U_Кmax .