Усилительные свойства транзистора могут быть реализованы при включении в его коллекторную или эмиттерную цепь внешних сопротивлений, с которых снимаются колебания усиливаемого сигнала. В этом случае статические характеристики не отражают зависимостей между мгновенными значениями напряжений и токов в цепях усилительного элемента. Эту функцию выполняют динамические характеристики усилительного каскада, широко используемые при графоаналитическом расчете. Для практических целей используют выходные, входные, проходные и сквозные динамические характеристики.

Рассмотрим работу простейшего усилительного каскада на транзисторе. Во входную цепь транзистора включены источник входного сигнала с действующим значением ЭДС Еи и источник смещения Есм. Нагрузкой транзистора для постоянного коллекторного тока является сопротивление Rк. Будем считать, что сопротивление конденсатора Ср, через который усиленное напряжение переменного сигнала передается к внешней нагрузке, а также внутреннее сопротивление источника питания Ек переменной составляющей выходного коллекторного тока незначительны по сравнению с последовательно включенными с ними сопротивлениями Rн и Rк. Это справедливо для большей части рабочего диапазона частот усилителя. Поэтому сопротивление нагрузки коллекторной цепи переменному току: Rн.экв = RкRн/(Rк + Rн), где Rн - сопротивление внешней нагрузки каскада.

Выходная динамическая характеристика отображает графически зависимость выходного тока усилительного каскада от выходного напряжения при наличии в выходной цепи сопротивления нагрузки. Поскольку нагрузка выходной цепи для постоянной и переменной составляющих выходного тока различна, то различают выходную динамическую характеристику по постоянному и переменному току.

При отсутствии входного сигнала через транзистор протекает постоянный ток, и для любого момента времени для выходной цепи можно записать: Uвых = Ек - IвыхRк.

Данное выражение является уравнением прямой линии в системе координат статических выходных характеристик Iвых = f(Uвых), ее строят по двум точкам: первая точка – Uк = 0, Iк = Ек/Rк; вторая точка – Iк = 0, Uк = Ек. Проведенную между этими точками линию называют нагрузочной линией постоянного тока или нагрузочной прямой постоянного тока.

Точка пересечения нагрузочной прямой со статической характеристикой при заданном входном напряжении Uвх.0, определяемом источником смещения Есм, называется рабочей точкой "А". Нагрузочная прямая каскада при переменном токе отличается от нагрузочной прямой постоянного тока, т.к. по переменному току нагрузочное сопротивление усилителя равно не Rк, а Rн.экв. Обе прямые пересекаются в рабочей точке "А"

Принцип работы усилителя.

Усилительные устройства предназначены для усиления переменных сигналов и, в частности, синусоидальных сигналов, подаваемых на вход усилителя.

Наличие одного только усилительного элемента (биполярного или полевого транзистора) без других элементов (резисторов, конденсаторов и т.д.) не может обеспечить усиление переменного сигнала. Связано это с тем обстоятельством, что усилительный элемент требует определенной полярности на всех электродах, т.е. он может преобразовывать сигналы только пульсирующие (одной полярности). Следовательно, усилительное устройство должно содержать элементы, позволяющие преобразовывать переменные сигналы на входе усилительного устройства в пульсирующие сигналы на электродах усилительного элемента. Такими элементами являются источник питания (с постоянной ЭДС EК и резисторы RК и Rб), задающие определенные постоянные потенциалы на электродах усилительного элемента, т.е. режим работы по постоянному току, так называемую рабочую точку на ВАХ транзистора. Переменный электрический сигнал, подаваемый на вход, складывается с постоянной составляющей от источника питания и вызывает изменение потенциалов необходимой полярности на всех электродах усилительного элемента. В результате на выходе также будет получен усиленный переменный сигнал.

Для обеспечения динамического режима работы усилительного элемента последовательно с ним в цепь постоянного источника включается нагрузочный резистор RК. При этом в соответствии со 2-м законом Кирхгофа изменение напряжения на этом резисторе будет иметь такой же характер, как и на усилительном элементе, но только противоположной полярности. Включение источника питания Ек и нагрузочного резистора Rк к биполярному транзистору показано на рисунке.

Значения постоянных напряжений Uкэо и Uбэо и тока Iбо транзистора в режиме покоя определяются с помощью, приведенных на рисунке, статических переходных характеристик.