Прохоров С.Г., Трусенев В.Г. Расчет усилительного каскада на биполярном транзисторе (2001), страница 5

В данном случае выходное сопротивление транзисторов более чем на порядок превышает сопротивления вцепях коллекторов, поэтому для инженерных расчетов можно считать выходные сопротивления каскадов усилителя приблизительно равными номиналам соответствующих коллекторных резисторов, т.е.Rвых1 = Rк1 = 3 кОм,Rвых 2 = Rк2 = 5,1 кОм .При этом следует иметь в виду, что выходное сопротивление первогокаскада является сопротивлением генератора Rг2 для второго каскада, а выходное сопротивление второго каскада одновременно является выходнымсопротивлением всего усилителя, т.е.Rг 2 = Rвых1 = 3 кОм,Rвых = Rвых 2 = 5,1 кОм.Теперь можно рассчитать коэффициент усиления каждого каскада ивсего усилителя:KU 1 = −h21э1 ⋅ Rн120 ⋅ 750= −14,2;=−Rг1 + h11э160 + 1000KU 2 = −h21э 2 ⋅ Rн 230 ⋅ 1,89=−= −14,2;3 +1Rг 2 + h11э2KU = KU 1 ⋅ KU 2 = (−14,2) ⋅ (−14,2) = 201,64 ≈ 202.Здесь следует иметь в виду, что поскольку сопротивление генераторадля данной схемы не дано, то, как и в предыдущих примерах, мы считаем егоравным 60 Ом.

В формулах для расчета коэффициента усиления по напряжению для первого каскада все сопротивления подставлены в омах, а для второго каскада – в килоомах.Определим коэффициенты усиления по току каждого каскада и усилителя в целом:h21э12020=== 19,9;1 + h22 э1 ⋅ Rн1 1 + 10 −5 ⋅ 750 1,0075h21э 23030=== 29,4;KI2 =−51 + h22 э 2 ⋅ Rн 2 1 + 10 ⋅ 1890 1,0189K I = K I 1 ⋅ K I 2 = 19,9 ⋅ 29,4 = 585,06 ≈ 585.K I1 =Здесь мы рассчитали общие коэффициенты усиления транзисторов иусилителя в целом без учета того, что во втором каскаде усиливается только29та часть тока, которая попадает на входное сопротивление второго транзистора VT2, и только часть тока передается в нагрузку.

Если учесть все этимоменты, то полезный коэффициент усиления по току будет:h21э1Rвых119,9 ⋅ 3K I 1н == 14,925 ≈ 14,9;⋅=1 + h22 э1 ⋅ Rн1 Rвых1 + h11э 23 +1K I 2н =h21э 2Rк 229,4 ⋅ 5,1⋅== 18,51 ≈ 18,5;1 + h22 э 2 ⋅ Rн 2 Rк 2 + Rн5,1 + 3K Iн = K I 1н ⋅ K I 2н = 14,9 ⋅ 18,5 = 275,65 ≈ 275,7.6. Рассчитать основные параметры усилителя, схема которого приведена на рис. 30.ЕкRк13кR151кVT3VT1UвхVT220кR2R3UвыхRэ200к5,1кЕкРис. 30. Схема трехкаскадного усилителяЭто трехкаскадный усилитель, первый транзистор которого включен посхеме с общим эмиттером, второй – по схеме с общей базой, третий – по схеме с общим коллектором.

Параметры транзисторов:h11э1 = h11э2 = h11э3 = 1 кОм,h21э1 : h21э2 : h21э1 = 40 : 30 : 20,h22э1 = h22э2 = h22э2 = 10-4См.Параметром h12, как обычно, пренебрегаем. Поскольку в заданной схеме отсутствуют конденсаторы, сразу составляем эквивалентную электрическую схему усилителя для области средних частот, пользуясь табл. 2. Схемазамещения усилителя представлена на рис. 31.h11э1h21э1.I11/h22э1Rк1R1h11э3h21э2.I2h11э2R3RэR2Рис. 31.

Эквивалентная электрическая схема трехкаскадного усилителя30h21э3.I3Определим сначала входные и выходные сопротивления всех каскадови усилителя в целом. Входное сопротивление каскада 1 одновременно является входным сопротивлением усилителя:Rвх = Rвх1 = h11э1 = 1 кОм.Сопротивлением нагрузки третьего каскада является резистор в эмиттерной цепи, т.е. Rн3=Rэ=5,1 кОм. Тогда входное сопротивление каскада 3 будет:Rвх3 = h11э3 + (h21э3 + 1) ⋅ Rэ = 1 + 21 ⋅ 5,1 = 108 кОм .Выходное сопротивление каскада 1 есть параллельное соединение выходного сопротивления транзистора VT1 и резистора Rк:(1 / h22 э1 ) ⋅ Rк10000 ⋅ 3000Rвых1 === 2308 Ом ≈ 2,3 кОм .(1 / h22 э1 ) + Rк 10000 + 3000Входное сопротивление второго каскада определяется по формуламтабл.

4, но здесь необходимо учесть, что последовательно с h11э2 включеносопротивление делителя RD, которое равно параллельному соединению резисторов R1 и R2R ⋅R50 ⋅ 20RD = 1 2 == 14,3 кОм;R1 + R2 50 + 20Rвх 2 =h11э 2 + RD 1000 + 14300== 510 Ом.30h21э 2Выходное сопротивление первого каскада является сопротивлениемгенератора для каскада 2, т.е.

Rг2=Rвых1. Тогда выходное сопротивление транзистора второго каскада будет:Rвых.тр2 =(h11э2 + RD ) + h21э2 ⋅ Rг 2 (1 + 14,3) ⋅ 10 3 + 30 ⋅ 2,3 ⋅ 10 3==h22 э2 ⋅ Rг10 −3 ⋅ 3 ⋅ 103= 366,5 кОм ≈ 367 кОм.Поскольку к выходу каскада 2 подключен резистор R3, то выходное сопротивление второго каскада определяется как параллельное соединение:Rвых 2 =R3 ⋅ Rвых.тр 2R3 + Rвых.тр 2=200 ⋅ 367= 129 кОм .200 + 367Выходное сопротивление второго каскада является сопротивлениемгенератора для третьего каскада Rг3=Rвых2. Тогда выходное сопротивлениетранзистора третьего каскада рассчитать по формуле:Rвых.тр3 =h11э3 + Rг 3 1 + 129== 6,5 кОм .h21э320К выходу каскада 3 подключен резистор Rэ, являющийся нагрузкойэтого каскада, поэтому выходное сопротивление третьего каскада и всегоусилителя будет их параллельным соединением:31Rвых = Rвых 3 =Rэ ⋅ Rвых.тр3Rэ + Rвых.тр3=5,1 ⋅ 6,5= 2,86 кОм .5,1 + 6,5Прежде чем рассчитывать коэффициенты усиления по напряжению итоку нужно определить нагрузку каждого каскада.

Нагрузку третьего каскадаи всего усилителя мы уже нашли выше. Нагрузкой первого каскада являетсяпараллельное соединение входного сопротивления каскада 2 и резистора Rк:R ⋅R3000 ⋅ 510Rн1 = к вх 2 == 436 Ом .Rк + Rвх 2 3000 + 510Нагрузкой второго каскада является параллельное соединение входного сопротивления третьего каскада и резистора R3:R ⋅R200⋅108= 70кОмRн2 = 3 вх3 =R3 + Rвх3 200+108Теперь рассчитаем коэффициенты усиления каждого каскада и усилителя в целом, пользуясь формулами табл.

4:KU1 = −h21э1 ⋅ Rн140⋅ 436=−= −16,5;60 + 1000Rг1 + h11э1KU 2 =h21э2 ⋅ Rн2 30⋅ 70= 636;=Rг 2 + h11э2 2,3 + 1KU 3 =h21э3 ⋅ Rн320⋅ 5,1= 0,99;=h11э3 + h21э3 ⋅ Rн3 1 + 20⋅ 5,1KU = KU1 ⋅ KU 2 ⋅ KU 3 = ( −16,5) ⋅ 636⋅ 0,99 = 10389≈ 1,04⋅104.Далее найдем коэффициенты усиления по току каждого каскада и усилителя в целом. Сразу учтем, что транзисторы каждого каскада усиливаюттолько ту часть тока, которая попадает на входное сопротивление каскада.KI1н =h21э1Rк⋅=1 + h22э1 ⋅ Rн1 Rк + Rвх2403000⋅= 38,33⋅ 0,855≈ 32,8;1 +10−4 ⋅ 436 3000+ 510h21э2R3⋅=KI 2н =h21э2 + h22э2 ⋅ Rн2 R3 + Rвх3=30200⋅103=⋅= 0,81⋅ 0,66 ≈ 0,53;30 +10−4 ⋅ 70⋅103 200⋅103 +103⋅1031 + h21э31 + 20KI 3 = −=−≈ −13,2;1 + h22э3 ⋅ Rн31 +10−4 ⋅ 5,1⋅103KIн = KI1н ⋅ KI 2н ⋅ KI 3 = 32,8 ⋅ 0,53⋅ (−13,2) = −229,5 ≈ −230.Если к выходу усилителя подключить сопротивление нагрузки Rн, токоэффициент усиления по току будет несколько меньше.32Задачи для самостоятельной работыПо заданной в табл. 5 схеме рассчитать следующие основные параметры усилителя: коэффициент усиления по напряжению КU, коэффициент усиления по току КI, входное сопротивление Rвх, выходное сопротивление усилителя Rвых.Таблица 5№п/пСхемаh21Э3 h21Э2 h21Э3 h11Э1,кОмh11Э2,кОмh11Э3,кОмh22,Ом-112 В1VT1VT221VT3320202011110-53020—11—10-54020—11—10-5410015B3к21VT15к32VT21кRH3к20мкФ12B5к50к32110кVT12кVT210мкФ32к33Продолжение табл.

5№п/пСхемаh21Э3 h21Э2 h21Э3 h11Э1,кОмh11Э2,кОмh11Э3,кОмh22,Ом-115B5к30к4321VT23040—11—10-525252511110-530304011110-43030—12—10-5VT110к10B10к10к8к253VT2VT34120 В12кVT16VT2243VT31к10B20к75кСР1 СР10к50к3к32VT11кСЭVT2 СР20к1кСЭ3к34Продолжение табл. 5№п/пСхемаh21Э3 h21Э2 h21Э3 h11Э1,кОмh11Э2,кОмh11Э3,кОмh22,Ом-115B20к82к312VT1VT2СР5к1к70к4020—12—10-530202012110-5430202012110-533020—12—10-5СРСЭ3к15B3к329VT3VT24VT1150к5B10к10к2103VT2VT11VT31к10B100к115к21 СР30кVT12кСЭVT2СР20к1к1к35Продолжение табл.

5№п/пСхемаh21Э3 h21Э2 h21Э3 h11Э1,кОмh11Э2,кОмh11Э3,кОмh22,Ом-120 В12кVT112VT2243VT330302012110-54030—12—10-53040—21—10-530204021110-51к15 В50к10к2133кC3C1VT2VT11320к2кRHC215 В10к10к14VT1VT22C1RH1к- 15 В12 BVT115VT2100K3KVT32C1310K1K36Продолжение табл. 5№п/пСхемаh21Э3 h21Э2 h21Э3 h11Э1,кОмh11Э2,кОмh11Э3,кОмh22,Ом-115 B10K1C13VT1 2162KVT24VT312K1K30203021310-530201512310-45040—13—10-45040—12—10-54020__12__10-512 B10K 100KC22VT1100KC111710K3K3KC43VT210KC312 B1810K120K13K56KC1C23VT23K2VT115 B5K100K150KCр23K32VT119VT210K20K2K1KCэ1Cэ215 B120100KVT1 Cp121K10K2KVT2Cp2310K1K37Продолжение табл.

5№п/пСхемаh21Э3 h21Э2 h21Э3 h11Э1,кОмh11Э2,кОмh11Э3,кОмh22,Ом-115 B100K 10K21 Rг2110K~e2K3VT1VT2Rн10Kвх3040__21__10-53020__21__10-530405021310-55060__12__10-54030__12__10-520 B22100K120K200K 15KC12VT110KC23VT220K15 B1100K 10KVT1VT2VT322331K15 B1200K 10K23VT124VT23K15 B25100K10K1 Cp1290KCp23VT2VT120K10K3KCp338Продолжение табл.

5№п/пСхемаh21Э3 h21Э2 h21Э3 h11Э1,кОмh11Э2,кОмh11Э3,кОмh22,Ом-115 B12K120KRг26C12VT12K15KVT23100K1K6050__21__10-520304021110-42060__21__10-43050__21__10-440605012110-41KC215 B50KRг1273K200K2VT1RгVT3VT2 320K200K3VT22100K1K50K295K2Cp1VT15KC215 B100KRг2K5KC1VT13K 10mkФ1415 B100K120 B30K100K20K285K30K3VT2200K2KC10B12к305,1к68к21VT13,3к0,5к24к1кVT2VT343270к2,7к1к10B39Окончание табл. 5№п/пСхемаh21Э3 h21Э2 h21Э3 h11Э1,кОм12Rг3KVT1100Kh11Э3,кОмh22,Ом-11110-415 B100K31h11Э2,кОмVT23VT3504404021KРасчет основных параметров усилителя предлагается дополнить построением качественных временных диаграмм напряжения в точках, которыеобозначены на схемах цифрами от 1 до 4.СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ1. Березкина Т.Ф., Гусев Н.Г., Масленников В.В.

Задачник по общей электротехнике с основами электроники. М.: Высшая школа, 1998.2. Головатенко-Абрамова М.П., Лапидес А.М. Задачи по электронике.М.: Энергоатомиздат, 1992.3. Горбачев Г.Н., Чаплыгин Е.Е. Промышленная электроника. М.: Энергоатомиздат, 1988.4. Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроника. М.: Высшая школа, 1991.5. Гутников В.С. Интегральная электроника в измерительных устройствах.Л.: Энергоатомиздат, 1988.6. Каяцкас А.А. Основы радиоэлектроники. М.: Высшая школа, 1988.7.