2. Обоснование и расчёт элементов усилительного каскада

2.1. Принципиальная схема усилительного каскада

Рис. 1 Принципиальная схема усилительного каскада

2.2. Характеристики транзистора и обоснование выбора рабочей точки

Рис. 2 Входная вольтамперная характеристика (ВАХ) транзистора 2N2604

Рис. 3 Выходная вольтамперная характеристика (ВАХ) транзистора 2N2604

Справочные данные на транзистор

- Статический коэффициент передачи тока .

- Граничная частота коэффициента передачи тока МГц.

- Предельно допустимый ток коллектора мА.

- Максимально допустимое постоянное напряжение эмиттер-база В.

- Максимально допустимое постоянное напряжение коллектор-база В.

- Максимально допустимое постоянное напряжение коллектор-эмиттер В.

- Максимально допустимая постоянная рассеиваемая мощность коллектора мВт.

- Емкость коллекторного перехода пФ. - Предельная температура PN перехода

По входной и выходной ВАХ определяем, что

Запас напряжения, связанный с нелинейностью выходных вольт-амперных характеристик .

Запас для ухода рабочей точки из-за термонестабильности .

Амплитуда неискаженного выходного сигнала В.

;

Запас по выходной амплитуде напряжения

+ Округляем до значения из номинального ряда и получаем, что

Далее, ищем ток коллектора в рабочей точке исходя из следующего неравенства: ,

Где тепловой ток, а => выберем =12 мА

Графическое обоснование выбора рабочей точки и источника питания

Рис. 4 Нагрузочная прямая, построенная на выходной вольтамперной характеристике (ВАХ) транзистора 2N2604

Как видно из рис. 4 нагрузочная прямая находится вдалеке от начала координат, и не выходит за пределы, установленные прямыми мА, и кривой

Следовательно, выбор рабочей точки и напряжения источника питания имеет смысл.

2.3 Расчёт резисторов

Найдём сопротивление выходной части каскада по постоянному току:

Выберем из номинала

Найдём сопротивление выходной части каскада по переменному току:

Исходя из рассчитанных данных, построим нагрузочные прямые по постоянному и переменному токам: а также отметим на графике область работы транзистора по допустимой мощности.

Рис 5 Нагрузочные прямые по постоянному и переменному току.

По графику видно, что нагрузочные прямые лежат ниже линии допустимой мощности: то есть транзистор в данном режиме не выйдет из строя вследствие перегрева. Пределы измерения токов лежат ниже допустимого значения тока 30 мА. Максимально возможное напряжение ограничено напряжением источника питания и не превышает 20 В.

Расчёт

I_к = I_к1 + I_к2, где

I_к1 = / – уход р. т. из-за влияния температуры. Считается, что нормальная температура, для которой ведется расчет, равна 20⁰С, разброс температуры задан в ТЗ, а ξ = (1…2) мВ/◦С,

I_к2 = – уход р.т. из-за технологического разброса параметра ,

где ∆ β = β_max – β или ∆ β =β – β_min, = , а I_А – значение тока коллектора.

Используя эти уравнения, можно найти , а через нее R_б. Далее используем следующие известные соотношения:

R_б = R₁ || R₂,

= U_бэ + I_э R_э = 0.7 + ( ) I_бА R_э,

= E_п – I_бА R_б = E_п – I_бА R_б

и находим величину R₁, а через нее R₂.

Отсюда получаем (выбрав из ряда Е24),

Проверим: обеспечивают ли выбранные значения сопротивлений необходимый режим работы транзистора

С учетом падения напряжения на эмиттерном переходе, равном 0.7 В находим ток базы

Тогда коллекторный ток равен

Полученные параметры совпадают с заданными нами в начале расчета, значит значения сопротивлений выбраны нами верно.