Ik, uk, pк для транзистора п104

рис. 6 Входные вах для рис.7 Каскад усиле-

транзистора П104 ния с ОЭ

Таблица 2 - Координаты кривой мощности

PK MAX , мВт (известна)	150
UK , В (задается)	5	10	15	20	25	30	35	40	50	60
IK , мА (вычисляется)	30	15	10	7,5	6	5	4,3	3,7	3	2,5

По установленным координатам I_K ,U_K построим зависимость (7). Таким образом рабочая область на рис.5 незаштрихованной и траектория рабочей точки должна находиться на ней.

3.4 Построим траекторию рабочей точки или, как ее еще называют, линию нагрузки (прямая MN) линейного сопротивления R_K в цепи коллектора по двум точкам, соответствующим режиму холостого хода и короткого замыкания.

Режим холостого хода (разомкнутый выход, нагрузка не подключена) определяет координаты точки N:

I_K = 0, U_K = Е_К.

Координаты точки М выбирают из следующих сообщений. Если накоротко замкнуть выход каскада (рис.7), то координатами точки будут:

U_K = 0; I_K = Е_К / R_K.

Следует помнить, что по предельным условиям эксплуатации

I_K < (I_{K MAX} = 10 мА).

Для заданных вариантов расчетов будем принимать

I_K  0,7 I_{K MAX.}

Следовательно

R_K > (Е_К / I_{K MAX} = 24/0.01),

то есть R_K >2,4 кОм. Рекомендуется R_K выбирать:

R_K = (1 1,5) Е_К / I_{K MAX.}

Примем R_K = 4 кОм. Тогда в цепи коллектора

I_K = Е_К / R_K = 24 / 4 10³ = 6 мА.

Окончательно имеем координаты точки М:

U_K = 0; I_K = 6 мА.

По полученным координатам точек М и N построим на семействе выходных в.а.х. линию нагрузки, которая является графическим решением уравнения

U_K = Е_К - I_K R_K ,

составленного по второму закону Кирхгофа для коллекторной цепи каскада усиления. Точки пересечения линии нагрузки с выходными характеристиками транзистора определяют ток I_K и напряжение U_K на коллекторе, то есть на выход каскада при любом заданном значении тока базы I_Б. Обычно сопротивление R_K должно составлять от 2 до 5 кОм для транзисторов малой мощности и приблизительно 100 Ом для транзисторов средней мощности.

3.5 Построить переходную (передаточную) характеристику каскада усиления

I_K = f (I_Б)

по точкам пересечения линии нагрузки с выходных в.а.х. транзистора. Для этого выделенную рабочую область на семействе выходных в.а.х. (рис.5) покажем отдельным рисунком (рис.8,а) в увеличенном масштабе добавив на нем еще несколько выходных в.а.х. в области малых токов базы I_Б , считая что характеристики параллельны на линейных участках. В результате графического решения получим координаты траектории переходной характеристики (табл.3), по которым построим ее график (рис.8,б).

Таблица 3 - Координаты траектории переходной характеристики

IБ , мкА	75	150	225	300	375	450	525	600
IK , мА	1	1,8	2,75	3,75	4	4,8	5,6	5,8

3.6 Определить координаты рабочей точки П (точки покоя)

Точка П определяется как точка, соответствующая средине линейного участка переходной характеристике:

I_БП = 240 мкА, I_КП = 3мА;

на линии нагрузки:

I_КП = 3 мА, U_КП = 12 В.

Координаты рабочей точки можно вычислить по приближенным аналитическим напряжениям

U_КП  Е_К / 2 = 24 / 2 = 12 В;

I_КП  U_КП / R_К = 12 / 4  10³ = 3 мА;

I_БП  I_КП / h₂₁ = 3 / 12.5 = 0,24 мА = 240 мкА.

рис.8 Графический выбор рабочей точки параметров

режима покоя и пояснение процесса усиления

а) выходные вах, линия нагрузки, выходное напряжение

б) переходная вах, ток в цепи коллектора,

в) входная вах, ток в цепи базы, входное напряжение

Чтобы определить координаты рабочей точки П” на входной характеристике, учитывая, что ток базы покоя уже известен, можно значение напряжения база-эмиттер взять приближенным U_БЭП  0,3 В для германиевых U_БЭП  0,65 В для кремниевых транзисторов, а можно вычислить графически. Для этого по типовым справочным входным характеристикам (рис.6) построим нужную входную характеристику

I_Б = f (U_БЭ)

для уже определенного неизменного напряжения

U_КП = 12 В.

Если в справочной литературе приводятся как минимум две входные характеристики, то взяв две любые из них и задавая некоторые I-ые значения ток базы I_iБ , вычислим соответствующие координаты I-ых напряжений база-эмиттер нужной характеристики из соотношения

,

где для рассматриваемого примера:

- напряжение база-эмиттер при i-ом токе базы I_iБ и напряжении коллектора U_2К = 4,5 В;

- напряжение база-эмиттер при том же i-ом токе базы и напряжении коллектора U_1К = 0 В;

- искомая координата напряжения база-эмиттер при токе базы I_iБ коллекторном напряжении U_iБЭП;

- типовые приводимые на входных характеристиках напряжения коллектора.

Из этого выражения получим

U_i2БЭП = К₂ U_i2БЭП – (К₂ – 1) U_i1БЭ (8)

Если в справочнике приводится одна входная характеристика (обычно для U_K  0, то аналогично можно получить формулу

U_i1БЭП = К₁ U_iБЭ, (9)

где К₁ = U_КП /U_K – отношение напряжения коллектора в режиме покоя к приводимому в справочнике напряжения коллектора U_K  0, при котором получена типовая входная характеристика; U_iБЭ – текущее значение напряжения база-эмиттер, приводимой в справочнике типовой входной характеристики.

По приводимым выражениям (8) и (9) можно вычислить для рассматриваемого примера коэффициенты:

;

.

Тогда выражения (8) и (9) примут вид

U_i2БЭП = 2,67 U_i2БЭ – 1,67 U_i1БЭ; (10)

U_i1БЭП = 2,67 U_iБЭ (11)

Результаты вычисления координат точек входной характеристики в режиме покоя по формуле (10) отражены в таблице 4.

Таблица 4 - Координаты точек входной в.а.х. в режиме покоя

Значение i Параметры	1	2	3	4	5	6
IiБ , мА (задается)	0	0,2	0,4	0,8	1,2	1,6
Ui2БЭ , при UK = 4,5 В (определяется по графику)	0,4	0,68	0,78	0,9	0,94	1,18
Ui1БЭ , при UK = 0 В (определяется по графику)	0,2	0,4	0,55	0,64	0,68	0,7
Ui2БЭ при UK = 12 В (вычисляется)	0,73	1,02	1,16	1,33	1,37	1,98

Для графического определения координаты напряжения база-эмиттер U_БЭП в состоянии покоя построим по данным таблицы 4 входную характеристику режима покоя, повернув оси рисунка 6 на 90⁰ против часовой стрелки, и спроектируем на нее с переходной характеристики (рис.8,б) рабочую точку П. Получим рабочую точку П''(рис.8,а), с помощью которой определим искомое напряжение.

U_БЭП = 1,04 В.

Таким образом режим покоя (рис.8, точки: П,П',П'') обеспечивается параметрами:

I_КП = 3 мА; U_КП = 12 В; I_БП = 0,24 мА; U_БЭП = 1,04 В.

Вычислим стандартные номиналы резисторов и коэффициенты, характеризующие рассчитываемого УПТ.

4. Коэффициент стабилизации дрейфа

.

Практически S принимает значения от 2 до 7.

5. Сопротивление в цепи база коллектор.

Рассчитывается с учетом сопротивления нагрузки R_H (рис.3) в схеме УПТ опосредованно через коэффициент S, то есть

кОм

(стандартное значение R₂ = 36 кОм).

6. Ток в цепи делителя напряжения R₁,R₂ (рис.7).

Выбирается

I_Д = (25) I_БП .

Примем I_Д = 3 I_БП = 3  0,24 = 0,72 мА.

7. Напряжение в цепи эмиттера в режиме покоя (рис.7).

. (12)

Выбирается

U_ЭП = (0,10,3)Е_К.

Примем U_ЭП = 0,2 Е_К = 0,2  24 = 4,8 В.

8. Сопротивление смещения по напряжению в цепи базы (рис.7).

кОм.

(стандартное значение R₁ = 8,1 кОм).

9. Сопротивление в цепи эмиттера вычислим из выражения (12), приняв h₂₁ = 12,5

кОм

(стандартное значение R_Э = 1,5 кОм).

10. Сопротивление R₀ (рис.3).

Обычно набирается

R₀ = (13) r_Б

Примем R₀ = 2  r_Б = 2,5  200 = 500 Ом.

11. Эквивалентное сопротивление нагрузки в цепях коллекторов обоих транзисторов можно рассматривать как параллельное соединение резисторов: R_K R_H.

R_Н.ЭКВ кОм.

12. Входное сопротивление каскада без учета R₁.

13. Входное сопротивление схемы УПТ.

кОм.

14. Коэффициент усиления по напряжению

15. Коэффициент усиления по току

16. Графическое пояснение процесса усиления.

Чтобы обеспечить линейный режим работы УПТ, диапазон изменения входного напряжения определяется линейным участком а в переходной характеристики (рис.8-б). Спроектируем точки “а” и “в” на входную характеристику (рис.8-в; точки “а” и “в”) и на линию нагрузки (рис.8-а; точки “а” и “в”). Задав графически входное U_ВХ (рис.8-в) и последовательно проектируя его сначала на входную характеристику, получим соответствующее изменение тока базы I_Б. Затем проектируя график I_Б на переходную характеристику (рис. 8-б), получим график изменения коллекторного тока I_К. Наконец, проектируя график I_К на линию нагрузки (рис.8-а), получим график изменения выходного напряжения.