Прохоров С.Г., Трусенев В.Г. Расчет усилительного каскада на биполярном транзисторе (2001), страница 4

Тогда коэффициенты усиления будут равны:h21 ⋅ Rн150 ⋅ 840== 39,6;Rг.экв + h11 60 + 1000KU =KI =h2150== 49,6.1 + h22 ⋅ Rн1 1 + 10 −5 ⋅ 840Если учитывать ток, протекающий только по резистору нагрузки Rн,т.е. учитывать только полезную мощность отдаваемую в нагрузку, то коэффициент усиления по току будет равен:K Iн =h21Rк49,6 ⋅ 5,1⋅== 41,5 .1 + h22 ⋅ Rн1 Rк + Rн5,1 + 1Выходное сопротивление каскада будет равно параллельному соединению выходного сопротивления транзистора и резистора Rк:Rвых =(1 / h22 ) ⋅ Rк1 / h22 + Rк=100 ⋅ 5,1= 4,85 кОм .100 + 5,1222. Рассчитать основные параметры усилительного каскада, схема которого приведена на рис. 21.Параметры транзистора: h11 =800 Ом, h21=48, h12=5.10-4, h22=8.10-5См.ЕкПрежде всего, составим соответстRк5,1квующую эквивалентную электрическую схему.

Параметром h12 пренебреRггаем, как и в предыдущем примере.Поскольку схема не содержит реактив1кных элементов, то сразу составляем эк- URн 10квхвивалентную схему для области сред0,51кRэних частот. Транзистор включен посхеме с общим эмиттером, причем вданном каскаде используется последовательно-последовательнаяотрица- Рис. 21. Схема усилительного каскадас общим эмиттеромтельная обратная связь (ООС), котораяувеличивает входное и выходное сопротивление транзистора в (1+ h21э) раз, поэтому эмиттерный резистор включен во входную и выходную цепи (рис. 22).Rгh11эh22э.I11/h22эRкRн(1+h21э).RэРис. 22.

Эквивалентная электрическая схема каскада с ОЭ для области средних частотТогда входное сопротивление каскада будет равно:Rвх = h11 + (1 + h21 ) ⋅ Rэ = 800 + (1 + 48) ⋅ 510 = 25800 Ом = 25,8 кОм .Нагрузкой транзистора является параллельное соединение резисторовRк и Rн, обозначим его Rн1.R ⋅R5,1 ⋅ 10Rн1 = к н == 3,38 кОм .Rк + Rн 5,1 + 10Рассчитав нагрузку усилительного каскада, можно определить коэффициенты усиления по напряжению и току, пользуясь формулами табл.

4:KU = −KI =h21 ⋅ Rн148 ⋅ 3,38=−= −6,05;1 + 25,8Rг + Rвхh214848=== 37,8.1 + h22 ⋅ Rн1 1 + 8 ⋅ 10 −5 ⋅ 3,38 ⋅ 10 3 1,2723При расчете коэффициента усиления по напряжению мы учли, что вовходной цепи каскада стоит сопротивление генератора и что входное сопротивление транзистора не просто h11, а увеличилось из-за ООС.Следует также иметь в виду, что мы рассчитали общий коэффициентусиления транзистора по току. Однако из эквивалентной электрической схемы следует, что в сопротивление нагрузки Rн передается только часть токатранзистора и электрической мощности, которая собственно и является полезной. Если это учесть, то коэффициент усиления по току именно в нагрузкебудет:h21Rк37,8 ⋅ 5,1K Iн =⋅== 12,8 .1 + h22 ⋅ Rн1 Rк + Rн 5,1 + 10Теперь рассчитаем выходное сопротивление каскада.

Из эквивалентнойэлектрической схемы следует, что оно равно параллельному соединению резисторов Rк и 1/h22:(1/ h22 ) ⋅ Rк = 12,5 ⋅ 5,1 = 3,62 кОм .Rвых =1 / h22 + Rк 12,5 + 5,1Однако мы не учли, что в каскаде имеется последовательнопоследовательная ООС, которая увеличивает выходное сопротивление транзистора. Если учесть этот момент, то выходное сопротивление транзисторауже будет равно не 1/h22, а1Rвых.тр =⋅ ( 1 + h21 ) = 12 ,5 ⋅ 49 = 612,5 кОм .h22Тогда выходное сопротивление всего каскада будет равно также параллельному сопротивлению резистора Rк и выходному сопротивлению транзистора, т.е.Rк ⋅ Rвых.тр5,1 ⋅ 621,5Rвых === 5,06 кОм .Rк + Rвых.тр 5,1 + 612,5Таким образом, выходное сопротивление усилительного каскада практически равно сопротивлению резистора в коллекторной цепи Rк.3. Рассчитать основные параметры усилительного каскада, схема которого приведена на рис.

23.Параметры транзистора: h11=1 кОм,Екh21=50, h22=10-5См. Параметром h12 преR120к R к3кнебрегаем. Как и в предыдущем примере,составляем эквивалентную электричеC р2C р1скую схему каскада, пользуясь табл. 2.Rн2кТранзистор включен по схеме с общимR26,2к R эСээмиттером. Полная эквивалентная схема1кзамещения данного каскада с учетом всехэлементов схемы представлена на рис.

24.Рис. 23. Схема усилительногокаскада с термостабилизацией24Ср1h22э.I1h11эR11/h22эR2Ср2RкRэRнCэРис. 24. Эквивалентная электрическая схема каскада с термостабилизациейдля области нижних частотУчитывая то, что мы по-прежнему проводим расчет усилительногокаскада в области средних частот, где коэффициенты усиления являются частотнонезависимыми, разделительными емкостями Ср1 и Ср2 можно пренебречь.

Следует также учесть, что емкость Сэ в цепь эмиттера ставится для того, чтобы шунтировать резистор Rэ и исключить ООС по переменному току,которая была в примере 2. Для этого величину конденсатора Сэ подбираюттакой, чтобы его сопротивление на нижней граничной частоте пропусканияусилителя fн было в 10 раз меньше, чем сопротивление резистора Rэ.Например, допустим, мы рассчитываем усилитель низкой частоты сполосой пропускания 1 кГц ÷ 20 кГц, т.е.

fн=1000 Гц. ТогдаRэ =10ϖ н ⋅ Cэ→ Сэ =1010== 1,59 мкФ .2π ⋅ f н ⋅ Rэ 2 ⋅ 3,14 ⋅ 1000 ⋅ 1000Таким образом, чтобы исключить ООС по переменному току нам необходимо в цепь эмиттера поставить конденсатор емкостью 1,59 мкФ. Из стандартного ряда емкостей выбираем ближайший номинал емкости 1,5 мкФ. Врезультате сделанных допущений и расчетов наша схема замещения упрощается (рис. 25):R1R2h22э.I1h11э1/h22эRкRкРис. 25.

Упрощенная эквивалентная электрическая схемакаскада для области средних частотДалее расчет проводится как и в предыдущих примерах. Входное сопротивление каскада будет равно параллельному сопротивлению входногосопротивления транзистора h11 и сопротивления делителя RD, где RD – это параллельное соединение резисторов R1 и R2:25RD =R1 ⋅ R220 ⋅ 6,2== 4,73 кОм;R1 + R2 20 + 6,2Rвх =RD ⋅ h114,73 ⋅ 1== 0,83 кОм.RD + h11 4,73 + 1Нагрузкой транзистора Rн1 является параллельное соединение резисторов Rк и Rн:R ⋅R3⋅ 2Rн1 = к н == 1,2 кОм .Rк + Rн 3 + 2Эквивалентное сопротивление генератора Rг.экв, как и в примере 1, равно параллельному соединению Rг=60 Ом и RD:R ⋅R60 ⋅ 4730Rг.экв = г D == 59,2 ≈ 60 Ом .Rг + RD 60 + 4730Тогда коэффициенты усиления по напряжению и току будут:h ⋅R50 ⋅ 1200KU = 21 н1 == 57,7;Rг.экв + h11 60 + 1000KI =h2150== 49,4.1 + h22 ⋅ Rн1 1 + 10 −5 ⋅ 1200Если учитывать ток, протекающий только по сопротивлению нагрузкиRн, т.е.

учитывать только полезную мощность отдаваемую в нагрузку, то коэффициент усиления по току будет равен:h21Rк49,4 ⋅ 3⋅== 29,6 .K Iн =1 + h22 ⋅ Rн1 Rк + Rн3+ 2Выходное сопротивление каскада будет равно параллельному соединению выходного сопротивления транзистора и резистора Rк:(1/ h22 ) ⋅ Rк = 100 ⋅ 3 = 2,91 ≈ 3 кОм .Rвых =1 / h22 + Rк 100 + 34. Рассчитать основные параметры усилительного каскада, схема которого приведена на рис. 26.ЕкПараметры транзистора: h11=1 кОм,h21=50, h22=10-5См.

Параметром h12 преR110кнебрегаем. Как и в предыдущем примере,Rгсоставляем эквивалентную электрическую схему каскада, пользуясь табл. 2.1кТранзистор включен по схеме с общимRн1кколлектором и эта схема носит названиеR25,1к Rэ 1к– эмиттерный повторитель. Схема замещения данного каскада представлена нарис. 27.

В данном случае мы пренебрегаРис. 26. Схема эмиттерногоповторителя26ем сопротивлением 1/h22, поскольку оно велико (~ 100 кОм) и включено параллельно резисторам Rэ и Rн (см. табл. 2).Rгh11эR1R2Rэh22э.I1RнРис. 27. Эквивалентная электрическая схема эмиттерного повторителяПроводим расчет по формулам табл. 4.

Нагрузкой транзистора Rн1 являются параллельно включенные резисторы Rэ и Rн:Rн1 =Rэ ⋅ Rн1⋅1== 0,5 кОм .Rэ + Rн 1 + 1Тогда входное сопротивление транзистора Rвх.тр будет равно:Rвх.тр = h11 + h21 ⋅ Rн1 = 1 + 50 ⋅ 0,5 = 26 кОм .Входное сопротивление каскада – это параллельное включенные сопротивление делителя RD, которое определяется также как в примере 3, ивходное сопротивление транзистора Rвх.тр:RD =R1 ⋅ R210 ⋅ 5,1== 3,38 кОм;R1 + R2 10 + 5,5Rвх =RD ⋅ Rвх.трRD + Rвх.тр=3,38 ⋅ 26= 2,99 ≈ 3 кОм.3,38 + 26Эквивалентное сопротивление генератора равно параллельному сопротивлению резисторов Rг и RD:Rг.экв =Rг ⋅ RD1 ⋅ 3,38== 0,77 кОм .Rг + RD 1 + 3,38Выходное сопротивление транзистора равно (табл.4):Rвых.тр =h11 + Rг.экв 1000 + 770== 35,4 Ом .h2150Выходное сопротивление всего каскада равно параллельному соединению резистора Rэ и выходного сопротивления транзистора Rвых.тр:Rвых =Rэ ⋅ Rвых.трRэ + Rвых.тр=1000 ⋅ 35,4= 34,2 Ом .1000 + 35,4Коэффициенты усиления каскада по напряжению и току:27KU =h21 ⋅ Rн150 ⋅ 0,525=== 0,96;h11 + h21 ⋅ Rн1 1 + 50 ⋅ 0,5 26(1 + h21 )1 + 5051=−=−= −50,7.1 + h22 ⋅ Rн11,0051 + 10 −5 ⋅ 500Если по-прежнему учитывать ток, протекающий только по сопротивлению нагрузки Rн, т.е.

учитывать только полезную мощность отдаваемую внагрузку, то коэффициент усиления по току будет равен:Rэ(1 + h21 )(−50,7) ⋅ 1KI = −⋅== 25,4 .1 + h22 ⋅ Rн1 Rэ + Rн1+1KI = −5. Рассчитать основные параметры усилителя, схема которого приведена на рис. 28.Это двухкаскадный усилитель,Екоба транзистора которого включены поRк13кRк2 5,1ксхеме с общим эмиттером. Параметрытранзисторов: h11э1 = h11э2 = 1 кОм,h21э1=20, h21э2=30, h22э1=h22э2=10-5См.VT1VT2Параметром h12 пренебрегаем. Как и вRн3кпредыдущем примере, сразу составляем эквивалентную электрическую схему усилителя для области средних частот, пользуясь табл.

2. Схема замещеРис. 28. Схема двухкаскадногония усилителя представлена на рис. 29.усилителяh22э1 .I1h11э11/h22э1h11э2Rк1h22э2.I21/h22э2Rк2RнРис. 29. Эквивалентная электрическая схема двухкаскадного усилителядля области средних частотВходное сопротивление усилителя равно входному сопротивлениюпервого каскада. В данном случаеRвх = h11э1 = 1 кОм .Нагрузкой первого каскада Rн1 является параллельное сопротивлениерезистора Rк1 и входного сопротивления второго каскада, которое в данномусилителе равно h11э2:Rн1 =Rк1 ⋅ h11э23 ⋅1== 0,75 кОм .Rк1 + R11э2 3 + 128Нагрузкой второго каскада является параллельное соединение резисторов Rк2 и Rн:R ⋅R5,1 ⋅ 3Rн 2 = к 2 н == 1,89 кОм .Rк 2 + Rн 5,1 + 3Выходные сопротивления первого и второго каскадов равны параллельному соединению выходных сопротивлений транзисторов 1/h22 и соответствующих резисторов в цепи коллектора.