1.3 Расчет каскада оэ по постоянному току

Выбор рабочей точки. Вначале нужно правильно выбрать рабочую точку транзистора, то есть совокупность тока покоя I_КП и напряжения покоя U_КП (на рис. 1.3 - точка А). Через эту точку, проходит линия нагрузки: статическая, определяемая R_К, и динамическая, определяемая R_К||R_Н. Рабочая точка выбирается на линейном участке входной вольтамперной характеристики (режим класса А, рис. 1.4, а) исходя из заданных максимальных амплитуд выходного напряжения (U_m) и связанного с ним тока [I_m=U_m/(R_К||R_Н)], а именно:

; .

Помимо этого, рабочая точка должна удовлетворять условиям:

U_KП+U_m<U_Kдоп ; I_KПU_KП<P_Kдоп,

то есть должна лежать левее вертикали U_Kдоп и ниже гипер­болы Р_Кдоп, где U_Kдоп и Р_Кдоп – допустимые напря­жение и мощность.

В случае малого сигнала выполнение этих соотношений не встречает затруднений, так что рабочая точка может выбираться из условий максимального коэффициента , максимального динамического диапазона, требований, вытекающих из динамического расчета и т.д. Чаще всего используется режим, рекомендованный в справочниках.

Определив желательные координаты рабочей точки (U_KП, I_KП), нужно обеспечить их в реальной схеме, выбрав соответ­ствующие напряжения источников питания и смещения, а также но­миналы режимных резисторов. Такие расчеты можно выполнить ана­литически.

Рис.1.3. Семейство выходных вольтамперных характеристик транзистора в схеме с ОЭ

а б

Рис. 1.4. Рабочая точка на входных (а) и выходных (б) вольт-амперных характеристиках

Методика расчета по постоянному току. Итак, выбран транзистор, выбрана рабочая точка. Токи и напряжения в рабочей точке А (ток коллектора покоя и напряжение коллектора покоя): .

1. Ток базы покоя равен:

2. Рекомендуется такая глубина обратной связи, что

U_эп=(0,1÷0,3)Е_к.

3. Ток эмиттера покоя: .

4. Сопротивление обратной связи: R_Э= U_эп /I_эп.

5. Чтобы задать режим по постоянному току на входе выбираем ток делителя I_дел : I_дел =(2÷10) I_бп .

6. Напряжение базы покоя: U_бп= U_эп+ U_бэп.

7. Расчет плеч делителя: R₂=U_бп/I_дел; R₁= (Е_к –U_бп)/(I_дел+I_бп).

8. Расчет сопротивления обратной связи

Для дальнейшего повышения стабильности рабочей точки кроме обратных связей можно использовать схемы с термокомпенсацией, в которых путем применения термозависимых нелинейных элементов (диодов, терморезисторов) осуществляется непосредственное воз­действие на I_K .

Пример 1. Рассчитать цепи смещения каскада ОЭ (рис.1.2, Сх.1), если рабочая точка задана следующими координатами (обозначим условно ИСХ. 1):

1 мА, 16 В, 8 кОм, 30 В, 50.

Решение:

I_бп= I_кп / 20 10^-6 А.

Поскольку , то

;

.

Рассчитаем делитель в цепи базы. Для стабильной работы необходимо, чтобы ток через был по крайней мере в 10 раз больше . Ток , возьмем . Пренебрегая падением напряжения на эмиттерном переходе можно считать что , откуда:

;

.

Другие исходные данные (ИСХ2). В примере 1 рабочая точка уже задана. Но возможно, что:

1. Указан тип транзистора, (а, значит, ), напряжение питания Е_к, R _к.

Пользуясь входными и выходными вольтамперными характеристиками, надо выбрать рабочую точку I_кп, U_кэп. Затем найти R ₁. R ₂. R _Э.

Разновидности схем ОЭ:

-(Сх. 2). В схеме нет цепи термостабилизации (цепочки R_Э, C _Э).

-(Сх 3). В схеме нет цепочки термостабилизации и нижнего плеча делителя R1 и R2 (рис. П1.1), смещение задается сопротивлением R_Б.