1.4.2 Розрахунок каскаду попереднього підсилення за постійним струмом (практичне заняття)

Стан спокою транзистора – стан робочої точки на вхідній, вихідній, прохідній та наскрізній характеристиках без вхідного сигналу. Призначення кіл живлення – встановлення та стабілізація робочих точок і, як наслідок, - запобігання нестійкості підсилювача та сильних нелінійних спотворень та явищ.

Рекомендується такий порядок визначення положення робочої точки і розрахунку ланцюгів стабілізації:

а) біполярні транзистори. На сімействі вихідних статичних характе-ристик заданого типу транзистора I_к=f(U_к) (рис.1.2) проводять навантажувальну пряму для постійної складової колекторного струму (I_к = E_к/R_к, U_к = Е_к). Так як вхідна динамічна характеристика практично збігається зі статичною, на далі використовують вхідну статичну характеристику I_б=f (U_бе). Будують прохідну динамічну характеристику I_к = f (U_бе), на якій проводять навантажувальну пряму струму колектора: на осі U_бе відкладають напругу U_зм=E_кR2/(R1+R2) і з отриманої точки проводять навантажувальну пряму під кутом  = arctg R_е до перетинання з прохідною динамічною характеристикою.

Рисунок 1.2 – Вибір робочої точки резисторного каскаду підсилення

Визначають значення струму колектора I_0к і напруги на базі U_0бе в режимі спокою. Отриману точку перетинання транспортують на навантажувальну пряму за постійним струмом і одержують положення робочої точки, що визначить напругу колектора в режимі спокою U_0к.

Емітерна стабілізація найпоширеніша, її дія грунтується на послідовному НЗЗ через резистор R_e. Розрахунок схеми каскаду з емітерною стабілізацією проводиться за такими вихідними даними: Е_к, І_0к, I_к0, U_бе0, , TC, I_к.

Вмикання резистора R_е обумовлює втрату постійної напруги, яка подає на ньому. Для підвищення коефіцієнту стабілізації m=R_е/R_б, де R_б = R1||R2, збільшують R_е наскільки дозволяє джерело (як правило, Е_Rе0,2E_к), та зменшують R_б. Розрахунок можна провести за коефіцієнтом нестабільності.

Максимальне значення зворотного струму колекторного переходу для заданої температури

I_{ко т} = I_ко2^TC/10 (Ge), I_{ко т} = I_ко2^TC/5 (Si).

Приріст зворотного струму колекторного переходу I_к0 = I_{ко т} - I_ко . Значення коефіцієнта підсилення при TC _T = (1+0,5 TC/100). Середнє значення _ср = .Максимальний приріст  = _T - _ср. Необхідне значення коефіцієнта нестабільності

N = .

Коефіцієнт стабілізації дорівнює: m = (1+-N)/(1+)(N-1). Знаходять R_б=R_е/m, струм емітера I_е= I_к(1+)/. Потрібне значення напруги зміщення

U_зм = R_е I_е + U_бе + R_б(I_к/ - I_0к).

Опори резисторів дільника бази дорівнює: R1 =R_бE_к/U_зм; R2 =(1/R_б -1/R1).

б) польові транзистори. Струм стоку польових МДНПТ-транзисторів і транзисторів з керувальним р-n-переходом при постійній напрузі заслон-витік спадає приблизно на 0,6% при підвищенні температури на 1C, тобто їм притаманна властивість температурної самостабілізації. Це означає, що на практиці варто правильно вибирати робочу точку. Вибір робочої точки можна зробити графічним засобом. При заданому струму стоку I_с визначають розмір опору в колі витоку R_в:

R_в =

де I_{с max} - струм у колі стік-витік, обумовлений перетинанням вхідної характеристики I_c = f (U_зв) з віссю струму I_с; U_O - напруга відсікання. Проводять пряму 1/R_в і знаходять положення робочої точки на перетинанні з вхідною характеристикою (рис. 1.3), яка визначить струм спокою I_0с і напругу зміщення U_0зм.

Напруга спокою стоку U_0c = E_c - R_cI_0c, а напруга падіння на резисторі R_в

U_Rв = .

Вхідний сигнал U_зв управляє струмом на виході І_c = SU_зв практично при відсутності струму заслону. Значення крутизни S (відношення вихідного струму до вхідної напруги) можна визначити так:

S =

Наведемо розрахунок схеми витокової стабілізації на транзисторі з р-n-переходом за такими даними: IcIс_, TC, Е_с.

За передатними характеристиками I_c = f (U_зв) знаходять для заданого значення I_с напругу зміщення U_зв, крутизну S[мА/В], максимальне робоче відхилення струму стоку Iс_пр.

Температурне відхилення, прийнявши його швидкість 0,6% на градус

I_сТ = 0,6T I_c/100.

Повна абсолютна нестабільність струму стоку у відсутності стабілізації I_с = I_с.пр + І_сТ

Рисунок 1.3 - Перехідна характеристика транзистора

Мінімально необхідний опір резистора R_{в min} = (Iс /Iс_ -1)/S. Напруга U_Rв= R_{в min} I_c. Якщо U_Rв << U_зв, то приймається U_Rв = U_зв і перераховується R_в=U_зв / I_с. Додаткове зміщення на заслоні не потрібно, тому R1 = , а R2 може бути будь-яким, але не більше декількох мегом. Таким чином, зауважимо, що каскад на ПТ із керуючим р-n-переходом завжди будується з одним резистором зміщення затвора.

1.4.3 Методика виміру вхідного опору

Найбільше поширення для виміру вхідного опору каскаду R_вх одержав метод заміщення. При вимірі R_вх каскаду на ПТ можна користуватися такою методикою:

- установити напругу на виході генератора (вході каскаду) U_вх1 = 100 мВ, f = 1 кГц; виміряти значення U_вих;

- послідовно з входом каскаду увімкнути вимірювальний опір R=1 МОм і довести рівень вхідної напруги до значення U_вх2, що забезпечує на виході пристрою значення напруги U_вих вимірюване раніше;

- вхідний опір каскаду на ПТ розрахувати за формулою

;

- вхідний опір каскаду на БТ розрахувати за формулою

.