1.2. Выбор режима работы транзистора по постоянному току

По семейству выходных характеристик выбранного транзистора определяется рабочая точка. Для этого строят нагрузочную прямую по переменному току: выбирают значение максимального тока коллектора I_Кmax, таким образом, чтобы точка, соответствующая выбранной величине, находилась по меньшей мере над пятью-шестью кривыми I_К = f (U_Б), при I_Б = const, приведенными в справочнике, т.е. первая точка нагрузочной прямой (0, I_Кmax). Вторая точка нагрузочной прямой – (U_{К max}, 0). Значение максимального напряжения на коллекторе U_{К max} = E_К.

Ток I_К0 можно выбрать по выходным ВАХ и нагрузочной прямой равным примерно половине I_Кmax: I_К0 = 0,5 I_Кmax. Значение I_К0 определяют по точке пересечения нагрузочной прямой и выходной характеристики (рабочей точке), по которой определяют соответствующий ток базы I_Б0, а также напряжение покоя между коллектором и эмиттером U_КЭ0.

Все необходимые построения на графиках приведены в Приложении 2.

1.3. Расчет сопротивлений.

Необходимо прежде задаться падением напряжения на сопротивлении эмиттера:

U_RЭ = 0,2 Е_К, U_RЭ = 0,2·15 = 3В.

тогда R_Э = U_RЭ / I_Э0 ≈ U_RЭ / I_К0 ≈ 3/(16·10^-3) = 187,5Ом.

По ряду номиналов Е24 определяем ближайшее значение: R_Э = 180Ом. Далее в расчеты подставляют стандартные значения.

По входной характеристике, зная ток покоя базы I_Б0, находим напряжение покоя между базой и эмиттером и входное сопротивление каскада (по переменному току):

Для определения входного сопротивления каскада необходимо определить приращения ∆U_БЭ и ∆I_Б, для этого к точке Р строим касательную, в полученном прямоугольном треугольнике находим отношение его катетов:

R_{ВХ ОЭ} ≈ R_ВХ˜= ∆U_БЭ /∆I_Б = 0,24/(0,4·10^-3) = 600 Ом.

Сопротивление в цепи коллектора рассчитываем аналогично R_Э, задавшись падением напряжения на нем:

U_RК = Е_К - U_RЭ - U_КЭ0 = 15 – 3 – 8 = 4В_, тогда

R_К = U_RК / I_К0 = 4 /(16·10^-3) = 250Ом_.

По ряду номиналов Е24 определяем ближайшее значение: R_К = 240Ом.

Расчет делителя производим задавшись значением R₂:

R₂ = 10 R_{ВХ ОЭ} = 10·600 = 6000Ом

По ряду номиналов Е24 определяем ближайшее значение: R₂ = 6,2кОм.

Затем рассчитываем сопротивление R₁ c помощью следующего выражения:

R1 = [(Е_К - (U_RЭ – U _БЭ0)) R₂ · R_ВХ] / [(U_RЭ - U _БЭ0) ( R₂ + R_ВХ)],

где

R_ВХ = (U_RЭ - U _БЭ0) / I_Б0 = (3 - 0,53)/(0,2·10^-3) = 12,35кОм

R1 = [(15 - (3 – 0,53)) 6200 · 12350] / [(3 - 0,53) ( 6200+ 12350)] = 20,9кОм,

По ряду номиналов Е24 определяем ближайшее значение: R₁ = 20кОм.

Сопротивление нагрузки цепи коллектора переменному току R_К˜ образовано параллельным соединением R_Н и R_К и равняется:

R_К˜ = (R_Н · R_К) / (R_Н + R_К) = (3,5·0,24)/(3,5+0,24) = 224кОм.

1.4. Расчет коэффициентов усиления.

Максимальный ток нагрузки равен:

I_{Н max} = U_Н / R_К˜ = 5/224 = 22,3мА.

Максимальный входной ток каскада:

I_{ВХ max} = I_Нmax / β_min = 22,3/50 = 0,446 мА,

где β_min - справочная величина.

Отсюда коэффициент усиления каскада по току:

К_I =U_Н / (R_Н·I _{ВХ max}) = 5/(3500·0,446·10^-3) = 3,2.

Максимальное входное напряжение:

U _{ВХ max} = I _{ВХ max}·R _{ВХ ОЭ} = 0,446·10^-3 · 600 = 0,2676В,

откуда получаем коэффициент усиления по напряжению:

К_U=U_Н / U _{ВХ max} = 5/0,2676 = 17,88.