1.1.5. Порядок расчета усилительного каскада на постоянном токе

Расчет каскада связан с условиями технического задания (ТЗ), требования которого определяются назначением усилителя. Например, ТЗ на усилитель звуковых частот содержит следующие пункты.

1. Назначение.

2. Выходные данные: схему выхода (симметричный или несимметричный).

3. Максимально допустимый коэффициент нелинейных искажений.

4. Диапазон рабочих частот.

5. Уровень искажений на граничных частотах усилителя.

6. Входные данные: схему выхода (симметричный, несимметричный).

7. Границы температурного диапазона, то есть .

8. Вид и напряжение источника питания, общий полюс.

ТЗ на широкополосный усилитель содержит дополнительные пункты. Например, емкость нагрузки (задается ), наличие или отсутствие постоянной составляющей на выходе, динамический диапазон входных сигналов.

ТЗ на импульсный усилитель имеет дополнительные пункты: параметры выходного импульса (амплитуда выходного напряжения); полное сопротивление нагрузки, полярность выходного сигнала и наличие постоянной составляющей, длительность импульса; переходные искажения (длительность фронта и среза, величину выброса, коэффициент спада вершины).

Для нас пока из ТЗ необходимы данные, связанные с расчетом рабочей точки транзистора. Последовательность здесь следующая.

1. Выясняем задачу:

1. частоту или полосу усиливаемых частот;

2. мощность;

3. коэффициент усиления или (и) ;

4. температурный диапазон ;

5. сопротивления ;

6. сопротивление нагрузки;

7. коэффициент нестабильности S (если он задан).

Оцениваем, в состоянии ли мы решить задачу с помощью только одного каскада или это должен быть многокаскадный усилитель. Если можем, то определяем схему включения транзистора. Если не можем, то оцениваем число каскадов и схемы включения транзисторов. Например, если задано большие входное сопротивление и коэффициент усиления по напряжению, то необходимо сначала обеспечить , поставив каскад с общим коллектором, а потом получить усиление по напряжению на каскаде с общим эмиттером. Пусть задача решается только с помощью каскада с общим эмиттером.

2. Подбираем транзистор:

1) по типу проводимости в соответствии с общим полюсом источника питания (p-n-p или n-p-n);

2) по частотному диапазону для обеспечения верхней граничной частоты усилителя (при этом, граничная частота коэффициента передачи тока базы транзистора должна удовлетворять условию ):

3) по температурному диапазону – для выбора материала транзистора (германий, кремний, арсенид галлия);

4) по мощности (малой, средней, большой);

5. 5) по шумам, если требуется малошумящий каскад.

3. Снимаем ВАХ транзистора или пользуемся справочными данными. Обрисовываем рабочую область. Задаем рабочую точку. Определяем координаты рабочей точки ( ). В окрестности рабочей точки находим физические или h-параметры транзистора.

4. Проверяем, удовлетворяет ли рабочая точка условию: , то есть предельному режиму по напряжению. При необходимости корректируем положение рабочей точки.