1.3. Рассчётная часть

1. Построим выходные характеристики одного из транзисторов (рис. 2), считая, что оба транзистора имеют приблизительно одинаковые параметры.

Рис.2. Выходные характеристики транзистора.

Если в справочнике отсутствуют выходные характеристики задан­ного типа транзистора, то их можно построить по упрощённой методи­ке. В справочниках приводится значение напряжения коллектор-эмиттер U_кэ.н в режиме насыщения при определённом коллекторном токе насы­щения I_к.н. По этим данным определяется положение точки D на выход­ных характеристиках (рис. 2).

В режиме насыщения эта точка располагается на крутом (почти вертикальном) участке выходных характеристик. Соединив точку D с нача­лом координат, получим этот участок выходных характеристик. Коор­динаты точки D (U_кэ.н и I_к.н) для каждого варианта приведены в табл. 1.

Пологие (почти горизонтальные) участки характеристик в расчёте не используются, но чтобы характеристики имели завершённый вид, эти участки проводятся почти горизонтально (с небольшим наклоном) и на равном расстоянии друг от друга. При более точном построении можно учесть, что продолжения пологих участков сходятся на оси абсцисс при отрицательных значениях U_кэ от -50 В до -200 В, в зависи­мости от типа транзистора.

2. На характеристиках нанесем горизонтальную линию на уровне допустимого коллекторного тока I_к.доп и вертикальную линию, соответствующую половине допустимого напряжения коллектор-эмиттер 0,5U_кэ.доп.

3. Построим кривую допустимой рассеиваемой мощности Р_к.доп (при использовании радиатора). Для этого задаются произвольными значениями напряжения U_кэ в пределах от 0 до 0,5 U_кэ.доп (например, используя ряд значений 5 В, 10 В, 15 В и т.д. или ряд 10 В, 20 В, 30 В и т.д.) и затем определяем соответствующие им значения коллекторного тока I_к = Р_к.доп / U_кэ. Результаты занесем в табл.2. Координаты точек (U_кэ, I_к) нанести на выходные характеристики и через них провести кривую Р_к.доп.

Таблица 2

Uкэ, В	5	10	15	20
Iк, А	12	6	4	3

2. На характеристике проведем линию нагрузки АЕ так, чтобы снять с транзистора максимальную мощность. Для этого пло­щадь треугольника ABC должна быть мак­симальной (рис. 2). Но линия нагрузки не должна выходить за пределы ограничитель­ных линий Р_к.доп, I_к.доп, 0,5U_кэ.доп. Для надёжной работы транзистора желательно иметь некоторый запас по току и напряжению, поэтому вы­бираем I_кз < I_к.доп и Е_к< 0,5U_кэ.доп (т.е. 95% от максимального значения).

   5. Определим точки пересечения линии нагрузки с осями коорди­нат, и по этим точкам определим напряжение питания Е_к и ток коротко­го замыкания I_кз.

Е_к = 19В, I_кз = 9,5А

Рассчитаем оптимальное сопротивление нагрузки R_H = E_K / I_кз.

R_H = 19 / 9,5 = 2 Ом.

5. Отметим точку В, которая лежит на пересечении линии нагрузки АЕ с прямой насыщения 0D. По графику определим амплитуды коллекторного тока I_к.max и выходного напряжения U_вых.max.

I_к.max = 7,92 А; U_вых.max = 19−3,17= 15,83 В.

5. Рассчитаем выходную мощность Р_вых, как произведение дейст­вующих значений тока I_к.д и напряжения U_вых.д, которые меньше ам­плитудных значений в раз:

.

5. Определим потребляемую мощность P_d. Ток каждого источника питания равен току подключённого к нему транзистора; среднее значение этого тока определяется как среднее значение полуволны тока за период повторения Т (рис. 2): I_d = I_к.тах/π.

I_d = 7,92/π= 2,52 А.

Линия среднего значения тока I_d про­водится так, чтобы заштрихованные площадки были равны (рис. 2). Мощность, потребляемая от одного источника питания, равна (P_d)₁=Е_к∙(I_к.max/π). От двух источников потребляется мощность вдвое больше:

P_d=2E_K∙(I_к.max/π)= 2∙19∙2,52= 95,76 Вт.

5. Определим КПД каскада η как отношение выходной мощности к потребляемой: η=Р_вых/P_d. КПД можно выразить и через отношение амплитуды выходного напряжения U_вых.max к напряжению источника питания Е_к, используя полученные выше выражения для Р_вых и P_d.

.

5. Определим входное сопротивление усилителя, предполагая, что выходное напряжение эмиттерного повторителя мало отличается от входного, а входной ток равен току базы:

R_вх=U_вх/I_вх≈U_вых/I_б=(R_нI_э)/I_б=R_н(β+1)

R_вх= R_н(β+1)= 2∙(15+1)= 32 Ом.

5. Определим коэффициенты усиления по току, напряжению и мощности:

K_I= I_вых/I_вх=I_э/I_б= β+1= 15+1= 16

K_U= U_вых/U_вх≈ 1

K_P= K_I∙K_U≈ β+1≈ 16