Расчёт усилительного каскада с О.Э. Родюков, страница 5

2.23). Наличие подобных ситуаций достаточно легко обнаружить путём сравнения единиц измерения токовбазы на входных и выходных характеристиках (обычно это мА илимкА) - если порядки не совпадают (например на входных характеристиках это мкА, а на выходных – мА), то будет необходимо провестипреобразования.На основе проведённых построений, мы можем получит параметры усилителя как по постоянному (IБ0 , IК0 , UБЭ0 , UКЭ0 ), так и попеременному (IБm , IКm , UБЭm , UКЭm ) току.Глава 3Порядок расчёта3.1. Расчёт параметров транзистора1. Для полученного в задании транзистора найти входные и выходные характеристики для схемы с общим эмиттером. Для этогоможно воспользоваться прилагаемыми к данному пособию их копиями или специализированными справочниками, например [3].Эти характеристики необходимо перенести в свою работу (илина отдельный, прилагаемый к ней, лист).Помимо входных и выходных характеристик необходимо иметьзначения ΔIБ , UКЭmax , IКmax , PКmax и CК2.

Графическим методом определить h–параметры транзистора длясхемы с общим ОЭ (см. раздел 2.1.4).По входным характеристикам:ΔuБЭ ΔuБЭ h11 =, h12 =ΔiБ uКЭ =constΔuКЭ iБ =constПо выходным характеристикам:ΔiК ΔiК , h22 =h21 =ΔiБ ΔuКЭ =constΔuКЭ iБ =const3.

Найти входное и выходное сопротивление транзистора:RВхТ = h11RВыхТ =1h224. Определить коэффициент передачи по току транзистора β:β = h213.2. Расчёт усилительного каскада по постоянному току313.2. Расчёт усилительного каскада по постоянномутоку1.

Изобразить семейство выходных характеристик, входную характеристику при UКЭ = 5В и оси для построения переходной (IК =f (IБ )) характеристики заданного транзистора как показано нарис. 3.1.Входная характеристика изображается повёрнутой на 90◦ противчасовой стрелки.Оси для построения передаточной характеристики строятся вразмерности, соответствующих осей входной и выходной характеристик и на одной линии с осями этих характеристик (пунктирные линии на рис.

3.1).2. На выходных характеристиках нанести кривую допустимой мощности PКmax , рассеиваемой на коллекторе (строится на основеРис. 3.1. Расположение входной, выходных и осей переходнойхарактеристик при графоаналитическом методе расчёта323. Порядок расчётавыражения PКmax = UКЭ IК = const, например, по зависимости) а также линии UКЭmax и IКmax .IК = PUКmaxКЭЭти три линии ограничивают область допустимых значений(рис. 3.2).3. Выбрать значение напряжения источника питания EК в пределах(0, 7 . . . 0, 9) ∗ UКmax (следует учитывать, что EК ≈ 3UmaxВых иEК ≈ UКЭ0 + IК (RК + RЭ ).

Эту величину в дальнейшем, послевыбора RК , RЭ , и UmaxВых следует скорректировать.4. Из условия передачи максимальной мощности от источника энергии к потребителю (согласованный режим) выбрать RК ≈ RВыхТр ,однако сопротивление нагрузки часто меньше или равно сопротивлению коллектора (RН ≤ RК ), поэтому рекомендуется выбирать RК = (0, 3 . . . 1)RВыхТр , так чтобы его величина лежалав диапазоне RК = (0, 5 . .

. 10)кОм и обеспечивала максимальновозможное значение амплитуды выходного сигнала.5. На выходных характеристиках транзистора построить нагрузочную линию (раздел 2.2.3). Нагрузочная линия строится по уравнению UКЭ = EК − IК RК , которое имеет линейный характери является прямой линией. Для этой линии мы найдём точки пересечения с осями, для этого мы найдём значения этоговыражения при UКЭ = 0 и IК = 0 (точки d и c соответственно):UК = EК |IК =0EК IК =RК UK =0Полученные точки строятся на выходных характеристиках транзистора и соединяются прямой линией. Эта линия не должнапересекать построенную ранее область, ограниченную максимальными значениями тока, напряжения и мощности коллектора(рис.

3.2).6. Построить переходную характеристику. Для этого необходимоотметить на оси IБ входной характеристики точки, соответствующие токам базы, для которых приведены выходные характеристики, пересекаемые нагрузочной линией. По точкам пересечения линий, проведённых из выделенных точек входных и3.3. Расчёт усилительного каскада по переменному току33Рис. 3.2.

Построение области недопустимых значений и нагрузочной линиина выходных характеристиках транзисторавыходных характеристик, построить переходную характеристику(рис. 3.3).7. На переходной характеристике транзистора (с учетом входнойхарактеристики) выбрать линейный участок ”a–b”, в диапазоне которого усилитель усиливает без искажения. На серединеучастка ”a–b” нанести рабочую точку ”A”, соответствующуюрежиму работы транзистора по постоянному току (рис. 3.4).8.

По координатам рабочей точки ”A” определить токи и напряжения транзистора в режиме покоя (постоянные составляющиевходных и выходных токов и напряжений): IБ0 , IК0 , UБЭ0 , UКЭ0(рис. 3.4).3.3. Расчёт усилительного каскада по переменномутоку1. По построениям, проведенным в предыдущем разделе (рис.

3.4),определить пределы изменения амплитуд входного и выходныхтоков и напряжений (IБm , IКm , UБЭm , UКЭm ), с учётом того, чтоизменение переменной составляющей сигнала должно происходить между точками a и b соответствующих характеристик, аего нулевой уровень – точке A (рабочей точке).2.

Графически показать изменение токов и напряжений на построениях, сделанных в пункте 3.2, считая входное напряжение uВхсинусоидальным (т.к. целью работы является расчёт усилительного каскада, работающего в линейном режиме, то и все осталь-343. Порядок расчётаРис. 3.3. Построение переходной характеристикиРис.

3.4. Определение рабочей точки и постоянных составляющихвходных и выходных токов и напряжений3.4. Расчёт параметров элементов усилителя с ОЭ35ные токи и напряжения также должны меняться по закону синуса).Записать выражения, соответствующие полученным зависимостям тока и напряжения от времени в следующем виде:iБ = IБ0 + IБm sin(ωt) uБЭ = UБЭ0 + UБЭm sin(ωt)iК = IК0 + IКm sin(ωt) uКЭ = UКЭ0 + UКЭm sin(ωt)3.4. Расчёт параметров элементов усилителя с ОЭ1.

Рассчитать элементы цепи термостабилизации RЭ и СЭ .• Увеличение RЭ повышает глубину отрицательной обратнойсвязи во входной цепи усилителя (улучшает термостабилизацию), с другой стороны, при этом падает КПД усилителя из–за дополнительных потерь мощности на этомсопротивлении. Обычно выбирают величину падения напряжения на RЭ порядка (0, 1 . . . 0, 3)EК , что равносильно выбору RЭ ≈ (0, 05 . . .

0, 15)RК в согласованном режиме работытранзистора. Используя последнее соотношение выбираемвеличину RЭ .• Для коллекторно – эмиттерной цепи усилительного каскадав соответствии со вторым законом Кирхгофа можно записать уравнение электрического состояния по постоянномутоку:EК = UКЭ0 + (RК + RЭ )IК0Используя это уравнение скорректировать выбранные в пункте 3.2 значение EК или величину RК .• Определить емкость в цепи эмиттера CЭ из условия RЭ =(5 . . .

10)XЭ , где XЭ — емкостное сопротивление конденсатора CЭ .Для расчёта ёмкости конденсатора CЭ воспользуемся следующим выражением:107CЭ =мкФ,(1 . . . 2)2πfн RЭвыбрав нижнюю граничною частоту равной fн = 50 . . . 100Гц.363. Порядок расчёта2. Для исключения шунтирующего действия делителя R1 R2 на входную цепь транзистора задается сопротивление RБ :RБ = R1 k R2 = (2 . . . 5)RВхТри ток делителя IД = (2 .

. . 5)IБ0 , что повышает температурнуюстабильность UБ0 . Исходя из этого определить сопротивленияR1 , R2 и RБ будут равны:R2 =UБ0RЭ IК0 + UБЭ0=;IДIДR1 =EК − UБЭ0;IД − IБ0RБ =R 1 R2.R 1 + R23. Определить емкость разделительного конденсатора из условияRВх = (5 . . . 10)XР , где XР – емкостное сопротивление разделительного конденсатора, RВх – входное сопротивление каскада.При этом107CР ≈мкФ,(1 . . . 2)2πfн RВха RВх = RБ k RВхТр3.5. Определение параметров усилительного каскада1. Коэффициент усиления каскада по току Ki :Ki =iВых≈βiВх2.

Входное сопротивление каскада RВх :RВх = RБ k RВхТр , если RБ RВхТр , то RВх ≈ RВхТр3. Выходное сопротивление каскада RВых :3.5. Определение параметров усилительного каскадаRВых =37RК≈ RК1 + h22 RК4. Коэффициент усиления по напряжению Ku :Ku = −UmaxВыхβRК=−UmaxВхRВх5. Коэффициент усиления по мощности Kp :Kp = Ki Ku6. Полезная выходная мощность каскада:PВых2UmaxВых= 0, 5RК7. Полная мощность, расходуемая источником питания:2R1Pист = IК0 EК + IД2 (R1 + R2 ) + IБ08.

КПД каскада:η=PВых100%PИСТ9. Верхняя и нижняя граничные частоты определяются из соотношения для коэффициента частотных искажений:на нижней частоте —MН =K0=KНs1+1;(ωН τН )2на верхней частоте —MВ =K0 p= 1 + (ωВ τВ )2 .KВОбычно выбирается MН = MВ , тогда1= (ωВ τВ )2 = 1;2(ωН τН )383. Порядок расчётаτН ≈ CР (RВх + RВых );τВ ≈ C КRВх RВых,RВх + RВыхгде CК — ёмкость коллекторного перехода.Глава 4Варианты домашнего задания4.1. Определение номера варианта№Типварианта транзистора№Типварианта транзистора01234567891011121314151617181920212223242526272829МП21ГМП21ДМП39МП40МП41АМП42АМП42БГТ108БГТ108ГМП114МП116КТ104АКТ104БКТ104ВКТ201БКТ201ГКТ208АКТ209БГТ310АГТ310БП416П416АП416БКТ3107АКТ3107БКТ3107ККТ313АКТ313БКТ345АКТ345БДля определения номера варианта необходимо взять две последние цифры номера студенческого билета и определить номер вариантасогласно следующей таблицы:2 последние цифры билетаот 00 до 29от 30 до 59от 60 до 89от 90 до 99Способ вычисления вариантаДополнительных действий не требуетсяВычесть из полученного числа 30Вычесть из полученного числа 60Вычесть из полученного числа 90404.

Варианты домашнего задания4.2. Характеристики транзисторов4.2.1. МП21Г, МП21ДМП21Г:CКΔIБ UКЭmax IКmax PКmax40мкА35В50мА 150мВт 30пФМП21Д:ΔIБUКЭmax IКmax PКmaxCК100мкА35В50мА 150мВт 30пФ4.2.2. МП39, МП40, МП41АМП39:UКЭmax IКmax PКmaxCКΔIБ400мкА15В20мА 150мВт 50пФМП40:ΔIБUКЭmax IКmax PКmaxCК200мкА15В20мА 150мВт 50пФМП41А:UКЭmax IКmax PКmaxCКΔIБ100мкА15В20мА 150мВт 50пФ4.2. Характеристики транзисторов4.2.3.

МП42А, МП42БМП42А:ΔIБUКЭmax IКmaxPКmaxCК100мкА15В150мА 200мВт 50пФМП42Б:UКЭmax IКmaxPКmaxCКΔIБ150мкА15В150мА 200мВт 50пФ4.2.4. ГТ108Б, ГТ108ГГТ108Б:UКЭmax IКmax PКmaxCКΔIБ100мкА6В50мА 75мВт 50пФГТ108Б:ΔIБ UКЭmax IКmax PКmaxCК50мкА6В50мА 75мВт 50пФ41424. Варианты домашнего задания4.2.5.

МП114, МП115, МП116MP114:CКΔIБ UКЭmax IКmax PКmax0, 3мА60В10мА 150мВт 50пФMP115:ΔIБ UКЭmax IКmax PКmaxCК0, 3мА30В10мА 150мВт 50пФMP115:CКΔIБ UКЭmax IКmax PКmax0, 1мА15В10мА 150мВт 50пФ4.2.6. КТ104А, КТ104Б, КТ104ВКТ104А:CКΔIБ UКЭmax IКmax PКmax1, 5мА30В50мА 150мВт 50пФКТ104Б:ΔIБ UКЭmax IКmax PКmaxCК0, 4мА15В50мА 150мВт 50пФКТ104Б:CКΔIБ UКЭmax IКmax PКmax0, 2мА15В50мА 150мВт 50пФ4.2. Характеристики транзисторов4.2.7. КТ201Б, КТ201ГКТ201Б:CКΔIБ UКЭmax IКmax PКmax0, 1мА20В30мА 150мВт 20пФКТ201Г:ΔIБUКЭmax IКmax PКmaxCК0, 05мА10В30мА 150мВт 20пФ4.2.8.

КТ208Б, КТ209БКТ208А:ΔIБ UКЭmax IКmaxPКmaxCК150мА15В300мА 200мВт 20пФКТ209Б:PКmaxCКΔIБ UКЭmax IКmax250мА15В300мА 200мВт 20пФ43444. Варианты домашнего задания4.2.9. ГТ310А, ГТ310БΔIБUКЭmaxIКmaxPКmaxCКГТ310А: 20мА приRБ = 10кОм − 10В 300мА 200мВт 20пФприRБ = 200кОм − 6ВΔIБUКЭmaxIКmaxPКmaxCКГТ310Б: 10мА приRБ = 10кОм − 10В 300мА 200мВт 20пФприRБ = 200кОм − 6В4.2. Характеристики транзисторов4.2.10.