3. Расчёт усилительного каскада по переменному току

3.1. По построениям, проведенным в предыдущем разделе (рис. 5), определяем максимальные амплитуды входного и выходных токов и напряжений (I_Бm=150мкА, I_Кm=6мА, U_БЭm=25мВ, U_КЭm=3В). Изменение переменной составляющей сигнала должно происходить между точками a и b соответствующих характеристик, а нулевой уровень переменной составляющей находится в точке A (рабочей точке).

3.2. Графически изображаем изменение токов и напряжений на построениях, сделанных в пункте 2, считая входное напряжение u_Вх синусоидальным (рис. 6).

Рисунок 6 - Изменение токов и напряжений во времени

Запишем выражения, соответствующие полученным зависимостям тока и напряжения от времени в следующем виде:

iБ = IБ0 + IБm sin(ωt) =300 + 150sin(ωt) мкА;

uБЭ = UБЭ0 +UБЭm sin(ωt)= 225 + 25sin(ωt) мВ;

iК = IК0 + IКm sin(ωt) =14 + 6sin(ωt)мА;

uКЭ = UКЭ0 +UКЭm sin(ωt)= 5 + 3sin(ωt) В.

4. Расчёт параметров элементов усилителя с оэ

Схема усилительного каскада ОЭ приведена на рис. 7.

4.1. Рассчитаем элементы цепи термостабилизации R_Э и С_Э.

• Увеличение R_Э повышает глубину отрицательной обратной

связи во входной цепи усилителя (улучшает термостабилизацию), с другой стороны, при этом падает КПД усилителя из–за дополнительных потерь мощности на этом сопротивлении. Обычно выбирают величину падения напряжения на R_Э порядка

(0,1 . . . 0,3)E_К, что равносильно выбору

R_Э ≈ (0,05 . . . 0,15)∙R_К =(0,05 . . . 0,15)∙500=25…75 Ом

в согласованном режиме работы транзистора. Используя последнее соотношение, выбираем величину R_Э=30 Ом.

• Для коллекторно–эмиттерной цепи усилительного каскада в соответствии со вторым законом Кирхгофа можно записать уравнение электрического состояния по постоянному току:

E_К = U_КЭ0 + (R_К + R_Э)I_К0.

Используя это уравнение, можно скорректировать выбранные в п. 2 значение E_К и величину R_К. Чтобы не изменять напряжение питания E_К и положение нагрузочной прямой выберем R_К =470 Ом, так чтобы суммарное сопротивление в цепи нагрузки по постоянному току не изменилось, т.е.

R_К + R_Э=470+30=500 Ом.

• Определяем величину C_Э из условия R_Э = (5 . . . 10)X_Э,

где X_Э—емкостное сопротивление конденсатора C_Э.

Для расчёта ёмкости конденсатора C_Э воспользуемся выражением:

выбрав нижнюю граничную частоту равной fн =100 Гц.

Выберем из стандартного ряда значение емкости конденсатора Сэ=470мкФ.

4.2. Для исключения шунтирующего действия делителя R1, R2 на входную цепь транзистора выберем сопротивление R_Б:

R_Б = R1║R2 = (2 . . . 5)R_ВхТр

и ток делителя:

I_Д = (2 . . . 5)I_Б0=(2…5)∙300∙10^-6= 0,6…1,5мА,

что повышает температурную стабильность U_Б0.

Примем для расчета I_Д =1мА.

Исходя из этого определяем сопротивления R1, R2 и R_Б:

Выберем из стандартного ряда сопротивлений значения резисторов:

R1=16 кОм, R2=620 Ом. В этом случае значение R_Б составит 596,87Ом.

4.3. Определяем емкость разделительного конденсатора C_Р1 из условия

R_Вх = (5 . . . 10)∙X_Р1,

где X_Р1 –– емкостное сопротивление разделительного конденсатора,

R_Вх – входное сопротивление каскада.

При этом

а R_Вх = R_Б║R_ВхТр = 596,87║66,7=59,99 Ом.

Выберем из стандартного ряда значение емкости конденсатора С_Р1=200мкФ.