Пример расчета усилительного каскада

Задание. Выбрать рабочую точку в режиме покоя, построить нагрузочные прямые постоянного и переменного тока, рассчитать элементы и оценить основные параметры каскада с ОЭ (см. рис. 6.1) на транзисторе КТЗ15В при следующих исходных данных:

Е =24 В, U_вых = 5 В, R_Н = 1 кОм, R_с = 1 кОм, f_н = 20 Гц,

Т_мин = –10^оС, Т_макс = 50^оС,

где Е – напряжение источника питания;

U _вых– амплитуда выходного синусоидального напряжения;

R _Н – сопротивление нагрузки;

R _с – внутреннее сопротивление источника сигнала;

f _н – нижняя рабочая частота при допустимом коэффициенте частотных искажений М _Н=3 дБ ();

Т _мин – минимальная температура окружающей среды;

Т _макс– максимальная температура окружающей среды.

 

Справочные параметры транзистора (его характеристики приведены на рис. 6.3):

- предельно допустимое напряжение U _КЭдоп = 40 В;

- напряжение насыщения U _КЭнас≤ 0, 4 В;

- коэффициент усиления по току

- емкость коллекторного перехода С _К = 7 пФ;

- тепловое сопротивление участка «переход-среда» R _ПС = 0, 67 ^оС/мВт;

- допустимая температура перехода Т _{П доп} = 120 ^оС;

- верхняя частота усиления по току 5 МГц.

 

 

1. Выбор положения рабочей точки транзистора

 

Координаты рабочей точки необходимо рассчитать так, чтобы получить без ограничения требуемые амплитуды напряжения и тока в нагрузке с учетом смещения рабочей точки в заданном диапазоне температур окружающей среды.

Напряжение в рабочей точке транзистора

где Δ U _КЭ – допустимая нестабильность напряжения в рабочей точке в заданном диапазоне рабочих температур (выбрана равной 1, 6 В).

Величина сопротивления резистора в цепи коллектора

где U _Э = 5 В (выбирается равным (10– 20)% от Е; чем больше U _Э, тем лучше с точки зрения стабильности режима, но ниже КПД каскада);

I_min = 1 мА – минимальный ток транзистора (его величиной задаются так, чтобы исключить попадание рабочей точки транзистора в нелинейную область характеристик при малых токах).

Ток в рабочей точке

Мощность, рассеиваемая на коллекторном переходе:

мВт.

Коэффициент полезного действия выходной цепи

, или 5, 1%.

Максимальная температура перехода