2 Порядок выполнения первого контрольного задания

В ыписывают согласно своему варианту из таблицы 2.1 исходные данные для расчета: напряжение источника питания , ток коллектора и напряжение коллектор-эмиттер в рабочей точке , ЭДС и внутреннее сопротивление источника сигнала, нижнюю и верхнюю рабочие частоты рассчитываемого каскада, частотные искажения на нижних и верхних частотах рабочего диапазона, граничные значения диапазона температур окружающей среды – минимальное и максимальное соответственно.

Исходя из заданных параметров , , , по справочнику [3] выбирают тип транзистора и выписывают его параметры: минимальное и максимальное значения коэффици­ента передачи тока , , емкость коллекторного перехода , постоянную времени коллекторного перехода , модуль коэффициента передачи тока на определенной (высокой) частоте , обратный ток коллектора , тепловое сопротивление переход-среда (если оно приведено). Значения параметров приводятся с указанием режима их измерения .

Рассчитывают параметры малосигнальной модели биполярного транзистора [1].

Среднее значение коэффициента передачи тока равно

. (2.1)

Таблица 2.1– Исходные данные для выполнения первого контрольного задания

Номер варианта	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Еп, В	15	9	12	10	9	16	12	16	9	10
Iок, мА	5	10	6	8	12	4	15	3	20	7
Uокэ, В	9	5	4	6	4	10	5	8	3	5
ЕГ, мB	300	80	250	130	50	360	150	100	180	200
RГ, кОм	5	0,5	0,8	1	0,6	6	2	1,5	0,3	3
fн, Гц	30	20	50	40	120	100	90	63	25	80
fв, кГц	12	9	15	8	10	18	14	20	16	13
М, дБ	2,8	1,4	2	1,8	1	1,6	1,5	2,4	3	0,9
tс мин,°С	5	–10	10	–5	0	5	–5	–10	10	–5
tс макс,°С	55	40	55	45	35	50	35	45	30	40

Выходная проводимость определяется как

. (2.2)

Здесь – напряжение Эрли, равное 100…200 В у транзисторов типа n- p- n и 70…150 В у транзисторов типа p- n- p.

Предельная частота усиления транзистора по току в схеме с ОЭ определяется по единичной частоте усиления :

. (2.3)

Иногда в справочниках приводится не значение граничной частоты , а модуль коэффициента передачи по току на частоте измерения . Эти параметры связаны соотношением

. (2.4)

Объемное сопротивление области базы можно определить из постоянной времени коллекторного перехода транзистора, приводимой в справочниках:

. (2.5) Здесь – емкость коллектора транзистора при измерении .

Дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода определяется по формуле

, (2.6)

где – дифференциальное сопротивление эмиттера;

26 мВ – температурный потенциал при Т = 300 К;

m – поправочный коэффициент, принимаемый примерно равным 1 и 1,5 соответственно для германиевых и кремниевых транзисторов.

Входное сопротивление транзистора:

. (2.7)

Емкость эмиттерного перехода равна:

. (2.8)

Проводимость прямой передачи:

. (2.9)

Рассчитывают параметры эквивалентной схемы биполярного транзистора по дрейфу [1].

Минимальная температура перехода транзистора

, (2.10)

где – мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора;

. (2.11)

При отсутствии в справочнике сведений о тепловом сопротивлении переход–среда выбранного транзистора задаться величиной в пределах от 0,3 до 0,7 [^оС/мВт].

Максимальная рабочая температура перехода:

. (2.12)

Значение параметра транзистора при минимальной темпе­ратуре перехода:

. (2.13)

Значение параметра транзистора при максимальной рабочей темпе­ратуре перехода:

. (2.14)

Изменение параметра в диапазоне температур:

. (2.15)

Изменение обратного тока коллектора в диапазоне температур:

, (2.16)

где α – коэффициент, принимаемый для кремниевых транзисторов в интервале 0,02 – 0,025, а для германиевых – 0,03– 0,035.

Эквивалентное изменение тока в цепи базы в диапазоне температур:

. (2.17)

Эквивалентное изменение напряжения в цепи базы, вызванное изменением температуры окружающей среды:

. (2.18)

Составляют принципиальную электрическую схему каскада с ОЭ с указанием источника сигнала, источника питания и нагрузки (входной цепи следующего каскада, аналогичного рассчитываемому).

Задаются падением напряжением на сопротивлении R_Э в це­пи эмиттера транзистора из условия

(2.19)

и определяют сопротивление этого резистора:

, (2.20)

а также сопротивление резистора в цепи коллектора:

, (2.21)

округляя их значения до ближайших стандартных.

Задаются допустимым изменением тока коллектора в диапа­зоне температур из условия

. (2.22)

При этом необходимо учитывать, что меньшее значение изменения этого тока приводит к увеличению тока, потребляемого резистивным делителем в цепи базы, к снижению входного сопротивления и ухудшению КПД каскада.

Исходя из требуемой стабилизации тока покоя каскада, определяют эквивалентное сопротивление в цепи базы транзистора:

. (2.23)

Рассчитывают ток базы в рабочей точке:

, (2.24)

и по входной характеристике при определяют напряжение база–эмиттер транзистора в рабочей точке . При отсутствии такой характеристики этим напряжением можно задаться в интервале 0,5– 0,7 В для кремниевых транзисторов и 0,3– 0,4 В для германиевых транзисторов.

Напряжение на нижнем плече резистивного делителя в цепи базы:

. (2.25)

Сопротивление верхнего плеча резистивного делителя в цепи базы:

. (2.26)

Сопротивление нижнего плеча делителя в цепи базы:

. (2.27)

Полученные значения округляют до ближайших стандартных величин.

Входные сопротивления рассчитываемого и последующего каскадов:

. (2.28)

Выходное сопротивление каскада:

. (2.29)

Определяют емкости разделительных ( и ) и блокировочного ( ) конденсаторов. Эти конденсаторы вносят частотные искажения в области нижних частот примерно в равной степени. В связи с этим заданные на каскад частотные искажения в децибелах целесообразно распределить поровну между данными элементами:

.

В расчетных формулах используются значения искажений в относительных единицах:

. (2.30)

Ёмкость первого разделительного конденсатора:

. (2.31)

Емкость второго разделительного конденсатора:

. (2.32)

Емкость блокировочного конденсатора в цепи эмиттера:

, (2.33)

где

. (2.34)

Получаемые расчетные величины емкостей конденсаторов округляют в большую сторону до ближайших стандартных номиналов.

Сопротивление нагрузки каскада по переменному току:

. (2.35)

Коэффициент передачи каскада по напряжению:

. (2.36)

Сквозной коэффициент передачи по напряжению:

. (2.37)

Выходное напряжение каскада:

. (2.38)

В случае если не будет выполняться это неравенство, т.е. , то необходимо уменьшить величину E_Г, уточнив тем самым исходные данные по данному параметру.

Коэффициент передачи тока:

. (2.39)

Коэффициент передачи мощности:

. (2.40)

Верхняя граничная частота каскада определяется по формуле

, (2.41)

где – эквивалентная постоянная времени каскада в области верхних частот.

Постоянную времени можно определить из выражения

, (2.42)

где и – постоянные времени входной и выходной цепей соответственно.

Эти постоянные времени определяются по формулам

, (2.43)

, (2.44)

где – эквивалентная входная емкость каскада,

– емкость нагрузки.

Эквивалентная входная емкость каскада включает емкость перехода база – эмиттер и пересчитанную на вход емкость перехода база – коллектор :

. (2.45)

Определяют частотные искажения в области верхних частот

. (2.46)

и сравнивают их с заданным значением . В случае невыполнения условия необходимо заменить транзистор на более высокочастотный и произвести расчет заново, или применить высокочастотную коррекцию АЧХ, или ввести в каскад ООС глубиной

(2.47)

путем использования полного резистора в цепи эмиттера или его части , не зашунтированного конденсатором С_Э, величину которого рассчитывают по формуле

. (2.48)

Такая ООС в F раз снизит частотные искажения и в области нижних частот, а также снизит коэффициент передачи каскада и в несколько меньшее число раз (из-за невыполнения режима идеального короткого замыкания по входу и выходу каскада) реально повысит входное и выходное сопротивления каскада.

При этом входное сопротивление транзистора (2.7) с последовательной по току ООС

. (2.49)

Проводимость прямой передачи (2.10) с ООС:

. (2.50)

С учетом новых значений параметров транзистора (2.49) и (2.50) можно при желании уточнить выполненные выше расчеты прежде всего тех показателей каскада, в расчетных формулах которых данные параметры содержатся.