2. Расчет усилительного каскада

Для усилительного каскада на транзисторе ГТ122Г, схема которого приведена на рис. 2.1, заданы:

- напряжение источника питания E_к = 12 В,

- ток покоя коллектора I_к0 = 8 мА,

- напряжение покоя эмиттер-коллектор U_эк0 = 6 В,

- сопротивление нагрузки R_н = 1 кОм.

Германиевые n-p-n транзисторы предназначены для усиления и генерирования низкочастотных колебаний. Корпус металлический, масса не более 2 г.

Рассчитаем сопротивления резисторов схемы, определим коэффициент усиления напряжения, тока и мощности, входное и выходное сопротивления каскада, максимальную амплитуду выходного синусоидального сигнала.

Принять R_э=0,1R_к и ток делителя I_k I_б0.

Рисунок 2.1 Заданный усилительный каскад

2.1 Расчет режима покоя транзистора

В статическом режиме входное напряжение отсутствует и токи протекают только под действием источника питания Eк. Сопротивление конденсаторов постоянному току равно бесконечности и поэтому схема каскада в этом режиме имеет следующий вид (рис. 2.2 ). Уравнение статической линии нагрузки:

Учитывая, что

Откуда ток коллектора

Рисунок 2.2 Схема каскада в статическом режиме

По полученному уравнению на выходных характеристиках транзистора ГТ122Г строим статическую линию нагрузки (рис. 2.4) по двум точкам: точка покоя А с координатами Iк0 = 8 мА и Uэк0= 6 В и точка отсечки Iк = 0, Uэк = Eк = 12 B.

Подставляя в уравнение линии нагрузки 2.2 значения Eк, Iкп и Uэкп, получаем:

Подставляя значения в 2.3 получим величину резистора :

Для контура R2 – база- эмиттер-Rэ –запишем уравнение по второму закону Кирхгофа:

Исходя из уравнения 2.4 найдем значение резистора R2:

Рисунок 2.3 Входные характеристики транзистора ГТ122Г

Точка покоя А Iб=0,08 мА=80 мкА. По входной характеристике Uэк=5В для этого тока базы получаем Uэб0=0,16 В.

Учитывая, что подставим полученные значения в формулу 2.5 получим :

Аналогично для контура :

Выразим из уравнения 2.6 R1:

Рисунок 2.4 Выходные характеристики транзистора ГТ122Г

Подставляя известные значение в 2.7 найдем R1

В этой схеме усилительного каскада конденсаторы С1 и С2– разделительные. Конденсатор С1 препятствует протеканию постоянного тока от источника питания Ек цепь источника входного сигнала, что не позволяет шунтировать входную цепь усилительного каскада цепью источника сигнала по постоянному току. Конденсатор С2 обеспечивает выделение из коллекторного тока переменной составляющей, поступающей на резистор нагрузки Rн.

Конденсатор большой ёмкости Сф шунтирует источник питания Ек по переменному току, исключая падение полезного переменного напряжения на внутреннем сопротивлении источника питания.

2.2 Расчет динамического режима транзистора

По выходным характеристикам транзистора в точке покоя А определяем:

По входной характеристике

Рисунок 2.4 Схему замещения транзистора с h-параметрами

В динамическом режиме источник питания Eк закорочен, а токи протекают только за счет u_вх =U_вхm sin t. Емкость конденсаторов выбирается так, чтобы на минимальной рабочей частоте их сопротивление было значительно меньше активных сопротивлений схемы и конденсаторы можно считать закороченными. Тогда, заменив транзистор эквивалентной схемой с h-параметрами, получим схему замещения усилителя (рис. 2.4).

Так как ,то им можно пренебречь.

Входное сопротивление каскада

Входное сопротивление каскада

Коэффициент усиления напряжения находим с помощью уравнений для входной и выходной цепей (рис.7):

Коэффициент усиления тока

Коэффициент усиления мощности

Уравнение динамической линия нагрузки записывается по второму закону Кирхгофа для входного контура схемы замещения каскада

При каскад работает в статическом режиме и динамическая линия нагрузки должна приходить через точку покоя А. При изменении коллекторного тока = 4 мА напряжение изменится на -1,71 В, т. е. вторая точка динамической линии нагрузки имеет координаты

Через точки с этими координатами проводим динамическую линию нагрузки. Она пересекает характеристику в точке, которая соответствует Следовательно, максимальная амплитуда выходного напряжения

Рисунок 2.5 Динамическая нагрузочная линия

Максимальная выходная мощность