Теоретична частина.

Перед безпосереднім розрахунком підсилювача, який вокористовує в якості підсилюючого елемента танзистор будь якого типу, необхідно визначити такі умови та вимоги:

• розрахунок транзисторного каскаду проводять, як правило, з кінця (тобто з виходу);

• для розрахунку транзисторного каскаду треба визначити падіння напруги на переході колектор – емітер транзистора в режимі спокою (коли відсутній вхідний сигнал). Воно вибирається таким, щоб отримати максимально неспотворений сигнал;

• у емітерному ланцюзі транзистора біжить два струми – струм колектора (по напрямку колектор – емітер) і струм бази (по напрямку база – емітер), але оскільки струм бази досить малий, їм можна нехтувати і прийняти, що струм колектора дорівнює струму емітера;

• транзистор – підсилювальний елемент, тому справедливо буде помітити, що здатність його підсилювати сигнали повинна виражатися якоюсь величиною.

Величина підсилення виражається таким показником, як коефіцієнт підсилення струму бази в схемі включення із загальним емітером (ЗЕ) і позначається він – h21. Його значення наводиться в довідниках для конкретних типів транзисторів, причому, зазвичай в довідниках наводиться проміжок можливих значень (наприклад: 50 – 200). Для розрахунків, зазвичай, обирають мінімальне значення (з прикладу обираємо значення – 50);

– колекторний R_к і емітерний R_е опори впливають на вхідний і вихідний опори транзисторного каскаду. Вважається, що вхідний опір каскаду дорівнює

а вихідний рівний:

Без необхідності розрахунку величини вхідного опору транзисторного каскаду можна обійтися без резистора R_е.

Номінали резисторів R_к і R_е обмежують струми, що протікають через транзистор і розсіювану на транзисторі потужність.

Схема підсилювача відображена на рисунку 1.

Рисунок 1 Схема підсилювача на базі біполярного транзистора, включенного по схемі із загальним емітером.

Практична частина.

Порядок і приклад розрахунку транзисторного каскаду з загальним емітером (ЗЕ)

Початкові дані:

      Живляча напруга U_{дж. жив.}=12 В.

      Параметри транзистора:

      P_max=150 мВт; I_max=150 мА; h₂₁>50.

      Опір ланцюга колектора R_к=10 ∙ R_е

      Напругу база – емітер робочої точки транзистору приймаємо U_бе = 0,66 В.

При розрахунках необхідно знайти:

а) розрахункову максимальну потужність;

б) струм колектора в статичному режимі;

в) значення опорів емітерного та колекторного ланцюгів;

г) статичну напругу на колекторі ;

д) струм бази управління транзистором;

е) значення величин опорів базового дільника напруги R_б1, R_б2.

Розв’язок

Для визначення максимальної статистичної потужності, яка розсіюватиметься на транзисторі в моменти проходження змінного сигналу, через визначену робочу точку статичного режиму транзистора. Вона повинна складати значення, на 20% менше (коефіцієнт 0,8) максимальної потужності транзистора. Вона розраховується за формулою:

У відповідності з цим:

мВт

Струм колектора в статичному режимі (без сигналу) визначається за формулою:

, мА

При підстановці відповідних значень отримуємо:

мА

Враховуючи, що на транзисторі в статичному режимі (без сигналу) падає половина напруги живлення, друга половина напруги живлення падатиме на резисторах:

Сума опорів емітерного та колекторного ланцюга дорівнює:

Ом

Враховуючи існуючий ряд номіналів резисторів, а також те, що значення опору для колекторного ланцюга обрано співвідношення:

знаходимо значення резисторів :

R_к = 270 Ом; R_е = 27 Ом.

Напруга на колекторі транзистору без сигналу дорівнює:

Звідси:

В

Струм бази управління транзистором визначається за формулою:

, мА

Струм бази управління дорівнює:

, мА

Повний базовий струм визначається напругою зміщення на базі, яке задається дільником напруги R_б1, R_б2. Струм резистивного базового дільника має бути на багато більше (у 5 – 10 разів) струму управління бази I_б, щоб останній не впливав на напругу зміщення. Вибираємо струм дільника в 10 разів більшим струму управління бази:

, мА

Виходячи з цієї формули, струм, що подається на дільни, дорівнює:

мА

Повний опір резисторів дільника дорівнює:

, Ом

Після підстановки відомих значень повний опір дільника дорівнює:

Ом

Для подальших розрахунків необхідно розрахувати напругу на емітері в режимі спокою (відсутності сигналу). При розрахунку транзисторного каскаду необхідно враховувати такий фактор: напруга база – емітер робочого транзистора при прямому включенні емітерного переходу не перевищує 0,7 В.

Напруга на емітері в режимі без вхідного сигналу розраховується як:

,В

Після підстановки:

В

Напруга, що подається на базу, визначається за формулою:

, В

Виходячи з цього:

В

Через формулу дільника напруги можна знайти значення опорів резисторів цього дільника, що підключається до бази:

, Ом

Тоді:

Ом

Величина опору резистора R_б1 визначається як:

, Ом

Резистор дільника R_б1 дорівнює:

Ом

По ряду резистора, у зв’язку з тим, що через резистор R_б1 тече ще і струм бази, обираємо резистор у бік зменшення: R_б1=1,3 кОм.

Таблиця 1 Таблиця варіантів для задачі №1.

Варіант	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
Uдж. жив.,В	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18
Pмакс.,мВт	100	105	110	115	120	125	130	135	140	145	150	155	160
Імакс, мА	50	55	60	65	70	75	80	85	90	95	100	105	110
h21	55	60	65	70	75	80	85	90	95	100	105	110	115
Варіант	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24	25	26
Uдж. жив.,В	19	20	21	22	23	24	6	7	8	9	10	11	12
Pмакс.,мВт	165	170	175	180	185	190	195	200	205	210	215	220	225
Імакс, мА	115	120	125	130	135	140	145	150	155	160	165	170	175
h21	55	60	65	70	75	80	85	90	95	100	105	110	115