Расчёт режима бт по постоянному току

Рис. 3 Схема БТ для расчёта режима работы по постоянному току.

Исходными данными для расчёта сопротивлений по рис. 3 служат:

Е_К = 15 В – коллекторное напряжение;

I_БП = 150 мкА – ток базы покоя (из рис. 2);

U_СМ = 0,67 В напряжение смещения (из рис. 2);

I_ДЕЛ = 3 I_БП = 450 мкА задаётся в диапазоне (3 – 10) I_БП;

I_K = 0,032 мА (максимальное значение тока коллектора из табл. 2).

Ом,

R_Б1 = Ом = 23,87 к,

R_Б2 = Ом = 4,53 к.

Для анализа и расчёта динамического режима БТ необходимо в семействе выходных статических характеристик построить выходную динамическую характеристику, иначе называемой нагрузочной прямой БТ. Для этого через точку равную 15 В (соответствующую источнику коллекторного питания) на оси напряжения и точку максимального тока коллектора по оси тока, равную 32 мА на рис.2 проводим прямую линию. Середина линии нагрузки в точке пересечения со статической характеристикой при константе тока базы равной 150 мкА соответствует рабочей точке (Р.Т). Перпендикуляр, опущенный из Р.Т на ось напряжения, делит отрезок на оси напряжения от нуля до 15 В пополам. Величина напряжения в 7,5 В влево называется напряжением коллектора покоя. Проекция рабочей точки на ось тока соответствует току коллектора покоя (рис. 2).

Перенос Р.Т на входную статическую характеристику, соответствующую константе тока базы выходной статической характеристике равной 150 мкА даёт ток базы покоя, который представляет входной ток БТ в результате созданного на сопротивлении R_Б2 напряжения смещения током делителя от источника питания (рис. 2). На этом заканчивается постановка БТ в режим по постоянному току.

Остаётся включить во входную цепь БТ для усиления источник генерируемых очень слабых синусоидальных колебаний, а в коллекторную цепь сопротивление нагрузки, этим самым мы переводим БТ в динамический режим (рис. 4).

Анализ динамического режима работы биполярного транзистора по схеме включения с общим эмиттером

Динамический режим работы БТ весьма эффективно рассматривается на примере представленного однокаскадного усилителя напряжения, так как схема включения транзистора с ОЭ обеспечивает наибольшее усиление колебательной мощности и обладает коэффициентами усиления по току, напряжению и мощности в отличие от других способов включения БТ.

Свойства схемы включения БТ с ОЭ в режиме максимального усилении переменных сигналов в классе «А» можно рассмотреть расчётом всех коэффициентов усиления, входной и выходной колебательной мощности, КПД, используя входные и выходные (рис. 2) динамические характеристики, построенные в семействе экспериментально снятых статических характеристик. Для этого линия нагрузки, как описано выше, проводится из соображения максимальной длины линейного участка с максимальной загрузкой БТ током коллектора при заданном уровне коллекторного напряжения питания. Это позволяет рассчитать сопротивление в цепи коллектора, как показано в расчёте режима БТ по постоянному току (R_К = 468,75 Ом).

Рис. 4 Принципиальная схема исследования динамического режима с включением БТ по схеме с ОЭ, в которой источник переменного напряжения включён во входную цепь, а сопротивление нагрузки включено в выходную цепь коллектора.

Проектируя точки пересечения линии нагрузки с максимальной в точке «а» и минимальной в точке «б» выходных статических характеристик на оси напряжения и тока коллектора, определяют ожидаемые максимально возможные размахи амплитуд усиленного напряжения и тока в цепи коллектора без искажения – 13,95 В и 0,029 А (рис.2).

Определяем максимальную выходную колебательную мощность усилителя:

~P_вых = Вт.

Проектируя точки «а» и «б» на оси напряжения и тока базы на входной статической характеристике по рис. 2 (снятой при напряжении коллектора 5 В, являющейся входной динамической характеристикой), определяют ожидаемые максимально допустимые размахи амплитуд усиливаемого входного сигнала без искажения – 0,1 В и 0,0003 А.

Определяем максимальную входную колебательную мощность усилителя:

~P_вх = Вт.

Определяем коэффициент усиления по мощности:

К_Р =

Определяем коэффициент усиления по напряжению:

К_U =

Определяем коэффициент усиления по току:

K_I =

Проверяем правильность определения коэффициента усиления по мощности:

Процентное расхождение определяемого коэффициента мощности по разным формулам подтверждает правильность расчётов:

Определяем потребляемую мощность усилительным каскадом в режиме молчания (отсутствия переменного сигнала на входе усилителя):

Р₀ =

Определяем коэффициент полезного действия усилительного каскада:

Полученный достаточно высокий КПД усиления мощности, высокие коэффициенты усиления по напряжению и по току подтверждают наилучшие усилительные свойства БТ включённого по схеме с ОЭ. Поэтому данный способ включения БТ нашёл широкое применение практически в самых различных электронных устройствах современной электроники.

Представленные расчёты с использованием статических характеристик позволяют разрабатывать и конструировать усилительные устройства для работы их в динамическом режиме в максимально возможных диапазонах усиления с допустимым уровнем частотных искажений.

Исследования динамического режима БТ по экспериментальным данным

Устанавливаем регулируемым сопротивлением в цепи коллектора величину коллекторного сопротивления около 400 Ом и при его изменении на ±200 Ом, измеряем входное и выходное напряжение и снова определяем коэффициенты усиления по току, напряжению, мощности, входную и выходную колебательные мощности, потребляемую транзистором мощность и КПД. Экспериментально измеренные величины для входного и выходного напряжений занести в табл. 3.

Таблица 3

Экспериментальные данные

, Ом	~UВХ, мВ	~UВЫХ, В
= = 400 Ом		UВЫХ 1 =
= +200 = 600 Ом		UВЫХ 2 =
= – 200 = 200 Ом		UВЫХ 3 =

При этом необходимо помнить, что показания измерительных приборов получают в действующих значениях переменного тока, которые следует перевести в амплитудные значения, так как динамический режим работы БТ рассчитан на усиление амплитудных величин токов и напряжений.

Результаты расчёта по выше представленным формулам занести в табл.4.

Таблица 4

Сравнительный анализ результатов расчёта при R_К1

Параметр	Расчетные значения
	по динамическим характеристикам	по экспериментальное данным
~Pвх
~Pвых
~KU
~KI
~KP
P0
η

Проанализировать изменение свойств исследуемой схемы включения БТ по рис. 4 при изменении коллекторного сопротивления, при этом особое внимание обратить на изменение выходной колебательной мощности и КПД усилителя. Представить временные диаграммы изменения токов и напряжений для входной и выходной цепи исследуемого однокаскадного усилителя. Объяснить назначение ёмкости С₁ во входной цепи усилителя рассчитать её величину на частоте 300 Гц входного напряжения по табл.3 и входного тока по рис. 4.

20