9. Расчет электронных схем.
9.1. Расчет усилителя на биполярном транзисторе.
Исходными данными для расчета усилителей являются:
коэффициент усиления;
параметры входного сигнала (амплитуда, частота, длительность импульса и др.)
температурный режим.
На основании исходных данных выбирают:
вид транзистора (биполярный, полевой);
способ включения (с общей базой, эмиттером, коллектором, затвором, стоком, истоком);
напряжение источника питания.
Из справочника по полупроводниковым приборам выписывают эксплуатационные параметры выбранного транзистора:
максимальный
допустимый выходной ток(
);
максимально
допустимое напряжение между выходными
электродами(
);
максимально
допустимую мощность, рассеиваемую
выходным электродом транзистора(
);
в масштабе удобном для расчетов изображают копии входных и выходных характеристик выбранного транзистора.
Рассчитывают усилитель в такой последовательности.
1. Выбирают рабочую точку на линейном участке выходной характеристики.
2. В окрестности рабочей точки определяют H- параметры по формулам:
;
;
;
.
Входные
и выходные токи и напряжения для каждой
схемы включения транзистора будут свои,
например, для схемы с общим эмиттером
и т. д.
3. Используя рассчитанные в пункте 2 H- параметры определяют оптимальное эквивалентное сопротивление нагрузки, при котором происходит максимальное усиление мощности входного сигнала
где
это параллельное соединение
и
следующего каскада.
4. Для любой схемы включения транзистора определяют основные параметры усилителя по следующим формулам:
-
коэффициент усиления по току;
-
входное сопротивление;
-
коэффициент усиления по напряжению;
-
коэффициент усиления по мощности.
5. Изображают схему усилителя и рассчитывают величину сопротивлений по заданной рабочей точке. Расчет поясним на примере схемы, приведенной на рис. 9. 1.
рис. 9. 1. Схема усилителя со стабилизацией рабочей точки
Пусть
в рабочей точке А имеем
,
при напряжении питания
.
Определим сопротивление резисторов
и
.
а)
Примем, что падения напряжения на
резисторах
и
равны напряжению
,
т. е.
,
тогда
.
б)
Определим
.
Учитывая, что
,
а
будем иметь
.
в)
Определяем
.
Учитывая, что
будем иметь
,
т. е.
.
г)
Зададим коэффициент нестабильности
.
Тогда
.
д)
Находим сопротивление
из соотношения
где
.
е) Определяют величины разделительных и блокировочных емкостей
;
;
,
где
-
нижняя частота входного сигнала,
6) Проверка правильности расчета (определение параметров рабочей точки по значениям сопротивлений).
а) Определяют потенциал точки Б (см. рис. 9. 1) по формуле
.
б)
Напряжение
для конкретного транзистора известно.
Например, для кремниевого транзистора
в зависимости от тока коллектора. При
расчетах принимают среднее значение.
в)
Определяют потенциал эмиттера
.
г)
Определяют ток эмиттера
и принимают
д)
Определяют
Таким
образом определили параметры в рабочей
точке
Если
рабочая точка в схеме усилителя задается
величиной тока базы, протекающего через
резистор
,
то величина сопротивления этого резистора
определяется по формуле
где
-
токи и напряжения в рабочей точке А.