Методические указания Расчёт каскада транзисторного усилителя напряжения
Одним из наиболее распространённых усилительных каскадов на биполярных транзисторах является каскад (схема) с общим эмиттером (ОЭ).
В этом каскаде эмиттер является общим электродом для входной и выходной цепей, а резистор , с помощью которого создаётся выходное напряжение, включается в коллекторную цепь транзистора.
Выбор типа транзистора усилителя
Тип
транзистора выбирается из справочной
литературы по наибольшему допустимому
напряжению между коллектором и эмиттером
транзистора
и наибольшему допустимому току коллектора
.
Значения этих параметров определяются
из следующих выражений
и
,
где
=
– наибольшая возможная амплитуда тока
нагрузки.
Для каскадов усилителей напряжения обычно применяют маломощные транзисторы р-n-р или n-p-n проводимостей, типа: КТ315, КТ203, КТ208, КТ342, КТ502, КТ503, КТ361, КТ3102, КТ3107 и другие.
Для
выбранного типа транзистора выписывают
из справочника: допустимый ток коллектора
,
допустимое напряжение между коллектором
и эмиттером
,
обратный ток коллектора
,
значения коэффициента передачи тока
для схемы с ОЭ
и
,
а также переносятся на миллиметровую
бумагу входная характеристика
при
В и семейство выходных статических
характеристик транзистора
при
.
При расчетах принимают, что усилительный каскад работает в стационарных условиях, и поэтому влиянием температуры на режим работы транзистора можно пренебречь.
Определение режима работы транзистора
Режим работы транзистора определяют по нагрузочной прямой, построенной на семействе выходных статических характеристик по двум точкам:
- точка 0 – точка покоя,
-
точка 1, определяемая величиной напряжения
источника питания
на оси абсцисс.
Координатами
точки 0 являются ток покоя
и напряжение покоя
(т.е. ток и напряжение, соответствующие
).
Значения этих параметров принимают
исходя из следующих условий
,
но не менее 1 мА,
и
,
где
– напряжение,
отсекающее крутой участок выходных
характеристик (для маломощных транзисторов
рекомендуется принимать
В).
На
нагрузочной прямой отметить крайние
точки линий нагрузки, соответствующие
значениям
,
,
,
.
Точка покоя, обычно, размещается примерно
в середине обозначенного участка линии
нагрузки.
Общее сопротивление в цепи эмиттер-коллектор
,
где
-
ток, определяемый точкой пересечения
нагрузочной прямой с осью токов,
- сопротивление в цепи коллектора,
- сопротивление в цепи эмиттера.
Обычно
принимают
и
.
Определение
наибольших амплитудных значений тока
и напряжения входного сигнала
и
,
которые необходимы для обеспечения
заданного значения выходного напряжения
усилителя
,
выполняют по наименьшему значению
коэффициента передачи тока транзистора
,
,
.
На
входной характеристике транзистора
необходимо отметить положение точки
покоя (
,
),
а также обозначить рабочие точки,
соответствующие максимальному и
минимальному току базы
,
.
Для найденных значений
и
по входной
характеристике для схемы c
ОЭ находят величину
.
Входное
сопротивление каскада переменному току
.
Для
уменьшения шунтирующего влияния
сопротивлений делителя в цепи базы
и
на входную цепь каскада по переменному
току принимают
.
Исходя
из того,
что
,
получим
и
.
Стабильность
рабочей точки оценивают по значению
коэффициента нестабильности
,
который в реальных схемах должен
находиться в пределах от 2 до 7, при
условии выполнения расчетного соотношения
.
Коэффициент нестабильности работы усилительного каскада S определяется из выражения [3]
,
где
–
максимальное значение коэффициента
передачи по току транзистора.
Ёмкость разделительного конденсатора определяется по формуле
.
Ёмкость конденсатора эмиттерной цепи
.
Коэффициент усиления каскада по напряжению
.