Родюков М.С., Коновалов Н.Н. Электроника. Расчёт усилительного каскада с общим эмиттером (1082627), страница 5
Текст из файла (страница 5)
сопротивление конденсатора с ростом частоты резко уменьшается).Для того, чтобы конденсатор CЭ осуществлял шунтирование резистора RЭ , необходимо, чтобы емкостное сопротивление XCЭ конденсатора было значительно ниже RЭ на всём диапазоне частот, на которыхработает усилительный каскад. Величина емкостного сопротивленияобратно пропорциональна частоте и с ростом частоты уменьшается.Следовательно, при определении величины ёмкости CЭ нам необходимо ориентироваться на наименьшую рабочую частоту каскада, которой является нижняя граничная частота fН .
Обычно достаточно, чтобысопротивление XCЭ на fН было в 5 . . . 10 раз меньше RЭ :RЭ = (5 . . . 10)XCЭОтсюда CЭ , в микрофарадах, равно:107, мкФ.CЭ =(1 . . . 2)2πfН RЭ8 Шунт ––элемент, сопротивление которого, в заданном диапазоне частот, значительноменьше сопротивления шунтируемого элемента, к которому шунт включается параллельно1.2. Усилительной каскад с общим эмиттером (ОЭ)271.2.5. Графоаналитический метод расчёта усилительногокаскадаПри расчёте графоаналитическим методом часть характеристиккаскада находится аналитически, путём вычисления по известных выражениям, а другая –– на основе графических построений, образец которых приведён на рис. 1.22.Для определения характеристик каскада с помощью графическихпостроений необходимо взять из справочника входные и выходные характеристики выбранного транзистора и расположить их как показано на рис.
1.22 (обратите внимание –– входная характеристика берётсятолько для UКЭ = 5 В и поворачивается на 90◦ против часовой стрелки), после чего строятся оси для переходной характеристики (IК (IБ )).На выходных характеристиках выделяется рабочая область, ограниченная максимальными током (IКmax ), напряжением (UКЭmax ) и мощностью (PКmax ), а затем строится нагрузочная линия cd, на которойвыбираются точки a и b, посередине между которыми находится рабочая точка A. Участок нагрузочной линии cd между точками a и bРис. 1.22. Графоаналитический метод расчёта281.
Теоретическое введениене должен пересекать ограничительные линии максимальных значений, кроме того, отрезок ab должен находится на линейных участкахвыходных характеристик.На входной характеристике отмечаются точки, соответствующиетокам базы, для которых построены выходные характеристика (IБ0 ,IБ1 , . . ., IБn ). Затем строится переходная характеристика IК (IБ ), для построения которой берутся значения токов базы, для которых имеютсявыходные характеристики, а токи коллектора определяются в точкахпересечения нагрузочной характеристики с входной характеристикой,построенной для соответствующего тока базы.В ряде случаев диапазон токов базы, для которых имеются выход-Рис.
1.23. Коррекция входных зависимостей.1.2. Усилительной каскад с общим эмиттером (ОЭ)29ные характеристики, не соответствует диапазону токов базы входнойхарактеристики –– максимальный ток базы, для которого построенавыходная зависимость IК (UКЭ ) может находиться на узком начальномучастке входной характеристики, либо выходить далеко за её пределы.В первом случае нужный участок входной характеристики строится вбо́льшем масштабе (обычно этот участок имеет нелинейный характер,но в данном случае мы пренебрежём возникающими искажениями),а во втором, входная характеристика экстраполируется прямой линией до необходимых значений (рис. 1.23). Наличие подобных ситуацийдостаточно легко обнаружить путём сравнения единиц измерения токов базы на входных и выходных характеристиках (обычно это мили–или микроамперы) –– если порядки не совпадают (например на входных характеристиках это микрамперы, а на выходных –– милиамперы),то будет необходимо провести преобразования.На основе проведённых построений, мы можем получит параметры усилителя как по постоянному (IБ0 , IК0 , UБЭ0 , UКЭ0 ), так и попеременному (IБm , IКm , UБЭm , UКЭm ) току.Остальные параметры усилительного каскада с ОЭ определяютсяв соответствии с порядком расчёта, приведённым в следующем разделе.Глава 2Порядок расчёта2.1.
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 1.1.4 на стр. 11).По входным характеристикам:h11ΔUБЭ ΔUБЭ =, h12 =ΔIБ IКЭ =constΔUКЭ IБ =constПо выходным характеристикам:h21ΔIК ΔIК =, h22 =ΔIБ ΔUКЭ =constΔUКЭ IБ =const3. Найти входное и выходное сопротивление транзистора:RВхТ = h11RВыхТ =1h224. Определить коэффициент передачи по току транзистора β:β = h212.2. Расчёт усилительного каскада по постоянному току312.2.
Расчёт усилительного каскада по постоянномутоку1. Изобразить семейство выходных характеристик, входную характеристику при UКЭ = 5 В и оси для построения переходной (IК == f (IБ )) характеристики заданного транзистора как показано нарис. 2.1.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. 2.1).2. На выходных характеристиках нанести кривую максимальноймощности, рассеиваемой на коллекторе PКmax (строится на основе выражения PКmax = UКЭ IК = const, например, по зависимостиРис.
2.1. Расположение входной, выходных и осей переходнойхарактеристик при графоаналитическом методе расчёта322. Порядок расчётаIК = PКmax /UКЭ , в этом случае на оси UКЭ произвольные значения напряжения и для них рассчитываются значения IК –– полученные таким образом точки образуют кривую PКmax ), а такжелинии UКЭmax и IКmax .Эти линии ограничивают область допустимых значений (рис.
2.2).3. Выбрать значение напряжения источника питания EК в пределах(0,7 . . . 0,9)UКЭmax (следует учитывать, что EК ≈ 3UmaxВых и EК ≈UКЭ0 + IК (RК + RЭ ). Эту величину, в дальнейшем, после выбораRК , 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 лежала вдиапазоне RК = 0,5 . . . 10 кОм и обеспечивала максимум амплитуды выходного сигнала.5. На выходных характеристиках транзистора построить нагрузочную линию (раздел 1.2.3). Нагрузочная линия строится по уравнению UКЭ = EК − IК RК , которое имеет линейный характер иявляется прямой линией.
Для этой линии мы найдём точки пересечения с осями, т. е. значения этого выражения при UКЭ = 0и IК = 0 (точки d и c соответственно):UКЭ = EК |IК =0 ,EК .IК =RК UKЭ =0Полученные точки строятся на выходных характеристиках транзистора и соединяются прямой линией, которая не должна пересекать область, ограниченную максимальными значениями тока,напряжения и мощности коллектора (рис. 2.2).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 ивыходных характеристик, построить переходную характеристику (рис. 2.3).2.3.
Расчёт усилительного каскада по переменному току33Рис. 2.2. Построение области недопустимых значений и нагрузочной линиина выходных характеристиках транзистора7. На переходной характеристике транзистора (с учетом входнойхарактеристики) выбрать линейный участок ab, в диапазоне которого усилитель усиливает без искажения.
На середине участкаab нанести рабочую точку A, соответствующую режиму работытранзистора по постоянному току (рис. 2.4).8. По координатам рабочей точки A определить токи и напряжениякаскада в режиме покоя (постоянные составляющие входных ивыходных токов и напряжений): IБ0 , IК0 , UБЭ0 , UКЭ0 (рис. 2.4).2.3. Расчёт усилительного каскада по переменномутоку1. По построениям, проведенным в предыдущем разделе (рис. 2.4),определить максимальные амплитуды входного и выходных токов и напряжений (IБm , IКm , UБЭm , UКЭm ). Изменение переменнойсоставляющей сигнала должно происходить между точками a иb соответствующих характеристик, а нулевой уровень переменной составляющей находится в точке A (рабочей точке).2.
Графически показать изменение токов и напряжений на построениях, сделанных в пункте 2.2, считая входное напряжение uВхсинусоидальным.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)342. Порядок расчётаРис. 2.3. Построение переходной характеристикиРис.
2.4. Определение рабочей точки и постоянных составляющихвходных и выходных токов и напряжений2.4. Расчёт параметров элементов усилителя с ОЭ352.4. 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 этом сопротивлении. 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 § 2.2значение EК и величину RК .• Определить величину CЭ из условия RЭ = (5 .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
