Пример выполнения работы

Рассчитать усилительный каскад напряжения по схеме с ОЭ (см. рис. 11) графоаналитическим методом, если:

- нагрузкой является входное сопротивление последующего каскада сопротивлением R_Н = 500 Ом;

- требуемое напряжение на нагрузке U_{ВЫХ MAX} = U_{m Н} = 4 В;

- напряжение источника питания Е_ПИТ = 12 В;

- нижняя граница спектра частот усиливаемого сигнала f_Н = 20 Гц.

По результатам расчета выбрать по справочнику транзистор, построить графические иллюстрации работы каскада и рассчитать все элементы схемы.

1. Уточнение схемы включения

По условию нагрузка R_Н является внешним элементом по отношению к каскаду, поэтому она подключается к нему через разделительный конденсатор С_Р. При этом коллекторный резистор по схеме рис. 11 переобозначен символом R_К (рис. 13).

Рис. 13. Усилительный каскад с внешней нагрузкой R_Н

2. Выбор транзистора

Любой транзистор характеризуется максимально допустимым напряжением между коллектором и эмиттером U_{КЭ MAX}. Напряжение источника питания 12 В. Для обеспечения надежности транзистор выбирается из условия U_{КЭ MAX} > 1,2∙ Е_ПИТ = 1,2∙12 В =14,4 В.

Любой транзистор характеризуется максимально допустимым током коллектора I_{К MAX}. В режиме класса «А» ток I_{К MAX} должен с запасам превышать удвоенную амплитуду усиленного сигнала в нагрузке I_{m Н} (рис. 5), то есть I_{К MAX} > 2∙I_{m Н}. Амплитуда тока в нагрузке:

, поэтому I_{К MAX} > 16 мА.

По справочнику выбираем транзистор МП42А, для которого I_{К MAX} = 150 мА > 16 мА и U_{КЭ MAX} = 15 В > 14,4 В, следовательно, транзистор удовлетворяет требованиям по допустимому току и напряжению. Выписываем значения других параметров: P_{K MAX} = 200 мВт; h₂₁ = 30 ÷ 50; U_{КЭ НАС} = 0,2 В при I_К = 10 мА. Копируем вольт-амперные характеристики.

3. Выбор рабочей точки

Рабочая точка характеризуется параметрами покоя I_К0, U_ЭК0, I_Б0, U_ЭБ0. Напряжение покоя для режима «А» выбирается из условия U_ЭК0 = 0,5∙Е_К = 0,5∙12 В = 6 В. Ток покоя I_К0 > 8 мА, выбираем I_К0 = 9 мА.

Нагрузочная прямая должна проходить через рабочую точку и точку Е_ПИТ = 12 В, I_K = 0. По двум точкам прямая наносится на семейство выходных характеристик (см. рис. 14). По результатам построений рабочей точке соответствует входной ток покоя I_Б0 ≈ 0,2 мА, которому на входной характеристике соответствует напряжение покоя U _ЭБ0 ≈ 0,22 В. Входной ток покоя можно получить иначе, через значение h₂₁. Его среднее значение по

Рис. 14. Выходные и входные характеристики транзистора МП42

справочнику имеет значение 40, поэтому .

4. Расчет резисторов коллекторной цепи

Точке пересечения нагрузочной прямой с вертикальной осью на рисунке соответствует ток 18 мА, тогда полное сопротивление резисторов коллекторной цепи . Согласно (14)R_Э ≈ 0,2R_К, поэтому R_K + R_Э = 1,2R_K = 670 Ом, откуда R_K ≈ 560 Ом, а R_Э ≈ 112 Ом. Полученные расчетные значения требуют уточнения при выборе типа резисторов. Выберем резисторы типа МЛТ. По номинальному ряду Е24 ближайшее значение выпускаемых промышленностью резисторов 110 Ом (R_Э) и по рядуЕ12 сопротивлением 560 Ом (R_К).

В наиболее тяжелых условиях по резисторам протекает ток 18 мА, поэтому мощность коллекторного резистора P_Rк = I²∙R_K = (18∙10^-3)²∙560 ≈ 0,18 Вт. Мощность эмиттерного резистора P_Rэ = I²∙R_Э ≈ 0,036 Вт. По номинальному ряду мощностей выбираем резистор R_К мощностью 0,25 Вт и резистор R_Э мощностью 0, 125 Вт.