Методические указания. 1. Рассчитать каскад транзисторного усилителя переменного тока, принципиальная схема которого изображена на рис

УСИЛИТЕЛЬНЫЙ КАСКАД

Задача.

1. Рассчитать каскад транзисторного усилителя переменного тока, принципиальная схема которого изображена на рис. 1. Данные для расчета приведены в табл. 2, где Е - ЭДС источника питания постоянного тока; f_н - нижняя граничная частота усиливаемого сигнала; R_н - сопротивление нагрузки, на которое работает каскад усиления; М_н - допустимое значение коэффициента частотных искажений в области низких частот; U_выха - амплитудное значение выходного напряжения каскада. В результате расчета должны быть определены: тип и режим работы транзистора; сопротивление резистора в коллекторной цепи транзистора R_к, сопротивление резистора в цепи эмиттера R_э, сопротивления резисторов делителя напряжения R₁ и R₂; емкость разделительных конденсатора С_к=С ₂ и конденсатора в цепи эмиттера С_э; коэффициенты усиления каскада по напряжению, току и мощности. Выбрать по справочнику типы всех резисторов и конденсаторов.

 

Таблица 2

Параметры	Номер по журналу
fн, Гц
Параметры	Номер по журналу
Rн, Ом
Uвых а./Е	0,3	0,31	0,32	0,33	0,34	0,35	0,36	0,37	0,38	0,39
	0,38	0,37	0,36	0,35	0,34	0,33
Мн	1,20	1,21	1,22	1,23	1,24	1,25	1,26	1,27	1,28	1,29
	1,28	1,27	1,26	1,25	1,24	1,23

 

Методические указания

Принимаем, что каскад работает в нормальных стационарных условиях, поэтому влиянием температуры на режим транзистора пренебрегаем.

Рис. 1

1. Выбираем тип транзистора по его предельным рабочим параметрам U _{кэ доп} и I _{к доп}, руководствуясь следующими соображениями: U _{кэ доп} ³ (1,1...1,3) Е,

где U _{кэ доп} - наибольшее допустимое напряжение между коллектором и эмиттером транзистора (приводится в справочниках);

I _{к доп} > 2 I _на = 2 ,

где I _на - наибольшая амплитуда переменного тока нагрузки;

I _{к доп} - наибольший допустимый ток коллектора (приводится в справочниках).

Для выбранного типа транзистора необходимо выписать из справочника его основные предельные рабочие параметры: U _{кэ доп}, I _{к доп}, b _min, b _max, I _бДОП. и перенести в тетрадь входные и выходные статические характеристики транзистора, которые потребуются для дальнейшего расчета. В некоторых справочниках приводится коэффициент усиления по току a для схемы ОБ, тогда

II. Расчет режима работы транзистора проводим графоаналитическим методом, для этого на семействе реальных выходных статических (коллекторных) характеристик для схемы включения транзистора с ОЭ строим нагрузочную прямую. Построение нагрузочной прямой показано на рис. 2. Нагрузочная прямая строится по двум точкам: т. 0 - точка покоя (рабочая) и т. 1, которая определяется величиной напряжения источника питания Е. Координатами т. 0 являются ток покоя I _ко и напряжение покоя U _кэо, т.е. ток и напряжение, соответствующие нулевому входному сигналу U _вх = 0.

 

Для расчета координат точки покоя можно принять

I _ко = (1,05...1,2) I _вых @ (1,05...1,2) I _на.

U _кэо = U _ка + U _ост =, U_{вых а} + U _ост

где U _ост - наименьшее допустимое напряжение U _кэ(справочное значение).

При U _кэ < U _ост на выходе усилителя возникают нелинейные искажения входного сигнала, которые являются нежелательными, и для исключения этого явления требуется некоторый запас по величине остаточного напряжения U _кэ. Для маломощных транзисторов можно принять U_ост = 0,5...1,2 В.

2. Расчет сопротивлений резисторов R _к и R _э:

-определяем общее сопротивление в цепи эмиттер-коллектор транзистора

где I _к - ток, определяемый т. 4 (рис. 2), т.е. точкой пересечения нагрузочной прямой с осью токов.

- принимаем R _э = (0,15...0,25) R _к и получаем ; R_э = R_об - R_к.

4. Определяем наибольшие амплитудные значения входного сигнала тока I _вх.а и напряжения U _вх.а, необходимые для обеспечения заданного значения U _вых.а. Задавшись наименьшим значением коэффициента усиления транзистора по току b _min, получим
I_вх.а = I_ба = I_ка/b_min,

при этом I_вх.а не должен превышать величины , где для маломощных транзисторов I _бmax = 1...2 мА, I_бmin @ 0,05 мА.

По реальной входной статической характеристике транзистора для схемы ОЭ (см. рис. 3) и найденным значениям I_бmin и I_бmax находят величину 2 U _вх.а.

5. Определяем входное сопротивление R _вх каскада переменному току (без учета делителя напряжения R ₁ и R ₂):

.

6. Определяем сопротивления резисторов делителя R ₁ и R ₂. Для уменьшения шунтирующего действия делителя на входную цепь каскада по переменному току принимают
R _1-2=(8...12) R _вх, где ,тогда ; .

7. Определяем коэффициент нестабильности работы каскада

,

где b _max - наибольший коэффициент усиления по току транзистора.

Для нормальной работы каскады коэффициент нестабильности не должен превышать нескольких единиц, желательно S = 2...5.

8. Определяем емкость разделительного конденсатора:

; ,

где R_вых.т - выходное сопротивление транзистора, определяемое по выходным статическим характеристикам для схемы ОЭ. В большинстве случаев R_вых.т >> R_к, поэтому можно принять R_вых = R_к + R_н.; М _H – коэффициент частотных искажений.

9. Определяем емкость конденсатора цепи эмиттера .

10. Определяем коэффициент усиления каскада по напряжению

К_U=U_выха / U_вха

11. По данным расчета выбираются типы всех резисторов и конденсаторов.