Методические указания к решению задачи 2

Перед решением задачи рекомендуется проработать разделы учебников, например, [2], [10], в которых описывается работа резисторного каскада на полевом транзисторе, рассмотрен расчет каскадов с автоматическим смещением.

Далее необходимо выписать технические условия задачи.

Примерный порядок решения задачи 2

1. Составляют принципиальную электрическую схему каскада, указав на ней вместе с усилительным каскадом источник сигнала, нагрузку и источник питания. В качестве нагрузки используется однотипный с рассчитываемым каскад усиления.

2. Выбирают тип транзистора и режим работы по постоянному току.

2.1. Выбирают маломощный транзистор с управляющим p-n – переходом. Выписывают основные параметры транзистора: , , , , , S_max.

Параметры некоторых транзисторов приведены в табл. .

Таблица

Справочные данные транзисторов к задаче 2

Транзистор	, В	, В	, мА	, пФ	, мкА	Smax, мСм	g22и, мСм	Цена, руб
КП302Б	20	7	43	10	0,01	17	0,05	15
КП303Г	25	8	20	3	0,001	7	0,1	6
КП312А	20	8	25	3	0,01	6	0,05	18

2.2. Определяют постоянное напряжение в точке покоя:

,

где - напряжение, обеспечивающее работу транзистора в области насыщения стоковых характеристик.

Поскольку в справочных данных величина напряжения отсечки , как правило, задается в некоторых пределах, то в этом случае указанное напряжение следует пересчитать, исходя из других справочных величин:

.

2.3. Выбирают точку покоя на пологом участке стоковой характеристики (рис. ) при токе мА, поскольку при меньших токах стока крутизна характеристики оказывается много меньше паспортных значений. Для уменьшения нелинейных искажений размах выходного напряжения транзистора (U_вых = U_{вх сл}) также должен укладываться в пределах пологого участка выходных стоковых характеристик. Затем определяют ток покоя стока и соответствующие ему напряжение смещения .

Рис. . Стоковые характеристики транзисторов

3. Определяют элементы принципиальной схемы.

3.1. В схеме применена цепь автоматического смещения. Определим сопротивление резистора в цепи смещения

.

Мощность, выделяемая на этом сопротивлении: . Выбираем стандартный резистор .

Резистор в цепи истока осуществляет истоковую стабилизацию каскада по постоянному току. Поскольку значения нестабильности стокового тока в каскаде на полевом транзисторе значительно ниже соответствующей нестабильности коллекторного тока в каскаде на биполярном транзисторе, то расчет приращений стокового тока (т.е. проверка стабильности работы каскада по постоянному току) не производится.

3.2. Определяют величину ёмкости конденсатора в стоковой цепи . Для того, чтобы эта ёмкость конденсатора не вносила заметных частотных искажений, её сопротивление на низшей рабочей частоте должно быть меньше сопротивления резистора , т.е. удовлетворять следующему условию:

.

По полученному значению выбирают стандартную емкость конденсатора равной или несколько большей расчетной величины.

3.3. Определяют сопротивление резистора нагрузки в цепи стока

.

При определении величины резистора в цепи стока R_с следует учесть, что падение напряжения источника питания на этом резисторе, как и для биполярного транзистора, должно находиться в пределах

URс = (0,4...0,6) Ес.

Мощность, выделяемая на этом сопротивлении равна:

.

Выбирают соответствующий резистор из стандартного ряда.

3.4. Определяют сопротивление резистора в цепи затвора . Им можно задаться для транзистора с управляющим p-n переходом в пределах кОм.

Падение напряжения на резисторе должно удовлетворять условию

,

где - обратный ток управляющего p-n перехода, называемый также током затвора утечки .

3.5. Определяют ёмкость разделительного конденсатора во входной цепи каскада, исходя из величины заданных на каскад частотных искажений ; при этом, если выполнено условие R_з >> R_Г , то используют формулу в несколько упрощенном виде

,

далее выбирают стандартную величину равной или несколько большей расчетной.

4. Рассчитывают результирующие показатели каскада. Строят АЧХ.

4.1. Определяют коэффициент усиления по напряжению на средних частотах

,

при этом сопротивление нагрузки каскада по переменному току определяется следующим образом:

,

где , поскольку входное сопротивление полевого транзистора велико и

, практически определяется сопротивлением в цепи затвора .

Значение крутизны транзистора S определяют для конкретных условий работы транзистора

.

4.2. Рассчитывают частотные искажения на верхних частотах:

,

где - эквивалентное сопротивление каскада на верхних частотах;

- эквивалентная ёмкость транзистора, где пФ.

В справочной литературе часто используются обозначения С_вых = С_22И и С_вх = С_11И;

- выходное сопротивление - величина обратная выходной проводимости полевого транзистора (справочные величины).

4.3. Строят амплитудно-частотную характеристику каскада при значениях: ; ; ; ; ; .

Относительное усиление каскада определяется по формулам:

- для области верхних частот;

- для области нижних частот.

Одновременно из выражения, приведенного для расчета АЧХ на низких частотах находят коэффициент частотных искажений .

Частотные искажения, вносимые конденсатором в цепи истока, близки к единице. Однако при необходимости их можно определить по следующей формуле

.

При этом суммарные искажения каскада на нижних частотах определяются, как и в случае для биполярного транзистора: .

5. Строят полную схему замещения каскада по переменному току.

На схеме замещения должны быть показаны источник сигнала, все внешние элементы схемы каскада, внутренние элементы схемы замещения полевого транзистора, нагрузка (следующий каскад).