Среди радиолюбителей, особенно в интернете, существует очень много всяких верование заблуждений.
Взять, к примеру, простейшую схему усилителя с балластным резистором. Здесь существует масса предрассудков которые не позволяют правильно оценивает данную схему.
Существует мнение, что для получения максимальной мощности в такой схеме сопротивление балластного резистора в цепи коллектора должно быть равно сопротивлению нагрузки.
Такое утверждение в корне неверно!
Рассмотрим , к примеру , источник тока или генератор. Его внутреннее сопротивление равно Rв и, для получения максимальной мощности в нагрузке, действительно надо сопротивление Rн нагрузки выбрать равным сопротивлению внутреннему генератора Rн Rв. Это верно!
Но это утверждение не имеет обратной силы. То есть, чтобы получить максимальную мощность на нагрузке не надо выбирать внутреннее сопротивление генератора равно сопротивлению нагрузки, а вот нагрузку нам надо выбирать равную сопротивлению генератора, и не наоборот !
Это внутренне сопротивление и чем больше на нём будет падать напряжение тем меньше мощность будет выделяться на нагрузке. Поэтому для того чтобы получить максимальную мощность на нагрузке это сопротивление Rв должно равняться нулю , а не сопротивлению нагрузки.
Если Rв будет равно 0 то тогда всё напряжение генератора поступит на нагрузку и мощность на нагрузке будет максимальна.
В тоже время, если мы имеем генератор с каким-то внутренним сопротивлением то, для получения максимальной мощности нагрузки, нам надо действительно выбрать эту нагрузку равную внутреннему сопротивлению генератора но не наоборот.
РАССМОТРИМ СХЕМУ УСИЛИТЕЛЯ НА ТРАНЗИСТОРЕ
Как правило в простейшей схеме усилителя с балластным резистором, в рабочей точке устанавливают напряжение равное половине напряжения питания для получения максимальной амплитуды выходного сигнала.
Для удобства расчета давайте выберем сопротивление в цепи коллектора равным сопротивлению балластного резистора.
Если эти два сопротивления равны то напряжение на коллекторе должно быть не 1/2 , а 1/3 от напряжения питания.
То есть если Напряжение питания 9 вольт то в рабочей точке нужно установить не 4,5 вольта ,а надо устанавливать 3 Вольта .
Понимаю, многие сейчас начнут возмущаться и призывать к учебнику. Ну, что ж - давайте призовем на помощью логику и математику для расчета электронных схем.
В тот момент когда наш транзистор полностью открыт, к балластному резистору приложится напряжение заряда конденсатора -Uк .Это напряжение равно напряжению Uк , но только с обратным знаком. По величине это напряжение равно напряжению коллектора в режиме покоя. Это момент отрицательной полуволны входного сигнала Uотр
В режиме когда ток через транзистор равен нулю и конденсатор заряжается через коллекторный резистор Rк до напряжения рабочей точки коллектора Uк.
Ток в этом случае протекает как через коллекторный резистор так и через резистор балластный и через источник питания. Попробуем составить уравнение для тока в этот момент (положительная полуволна) Iпол напряжение питания напряжение колектора - это напряжение конденсатора
Iпол = (Uп-Uк)/(Rк+Rн) амплитуда напряжения положительной полуволны Uпол = Iпол*Rн
Для того чтобы получить на выходе симметричный по амплитуде сигнал напряжения отрицательной полуволны и положительной полуволны должны быть равны.
Uпол = Uотр исходя из этого мы получаем уравнение для рабочей точки
Uпол = Iпол*Rн = Rн*(Uп-Uк)/(Rк+Rн) так как Uпол = Uк , то переписать уравнение можно в виде
Uк = Rн*(Uп-Uк)/(Rк+Rн)
Из этого уравнения мы можем получить соотношение между Напряжением питания Uп и напряжением коллектора Uк
Приведу математические выкладки , чтобы можно было воочию убедиться в верности этого решения
Uк = Rн*(Uп-Uк)/(Rк+Rн) Uк*(Rк+Rн) = Rн*(Uп-Uк)
Uк*(Rк+Rн) = Rн*Uп - Rн*Uк Uк*(Rк+Rн)+Rн*Uк = Rн*Uп
Uк*(Rк+Rн+Rн) = Rн*Uп Uк*(Rк+2*Rн) = Rн*Uп
Uк = Rн*Uп / (Rк+2*Rн) это основная формула соотношения напряжений
Из этой формулы легко понять, что при Rк = Rн соотношение напряжения питания и напряжения в рабочей точке коллектора будет выражено следующим уравнением
Uк = Rн*Uп / (3*Rн) откуда следует, что Uк = Uп/3
Да! Именно 1/3 , а не 1/2 .
Разумеется, что это идеальный случай и в реальной схеме учитывать нужно не только сопротивления резисторов в цепи коллектора и нагрузки. В реальной схеме придется учесть сопротивления конденсатора, источника питания и схемы смещения и управления. Но в целом такой подход немножечко правильнее чем слепое следование старым правилам прописанным во множестве статей и журналов.
