3. Задание на работу

Рассчитать каскад транзисторного усилителя напряжения, принципиальная схема которого изображена на рис. 1,в . Данные для расчета:

=3 В, R_н=600 Ом, =300 Гц, =1,2

Исходные данные: 1) напряжение на выходе каскада (напряжение на нагрузке); 2) сопротивление нагрузки ; 3) нижняя граничная частота ; 4) допустимое значение коэффициента частотных искажений каскада в области нижних частот .

Примечание. Считать, что каскад работает в стационарных условиях (; ). При расчете влиянием температуры на режим транзистора пренебрегаем.

Определить: 1) тип транзистора; 2) режим работы транзистора; 3) сопротивление коллекторной нагрузки ; 4) сопротивление в цепи эмиттера; 5) сопротивления делителя напряжения и стабилизирующие режим работы транзистора; 6) емкость разделительного конденсатора ; 7) емкость конденсатора в цепи эмиттера ; 8) коэффициент усиления каскада по напряжению.

4. Порядок расчета транзисторного усилителя по схеме с ОЭ

1)Определяем значение сопротивления R_к.

Задаемся начальными значениям R_к, которое обычно принимают для повышения коэффициента усиления больше, чем R_н в 3-5 раз.

R_к=3·600=1800 Ом;

2)Определяем значение сопротивления R_э.

Для обеспечения термостабилизации режима покоя транзистора значение сопротивления R_э должно быть как можно больше. Но его увеличение приводит к уменьшению падения напряжения на сопротивлении R_к,а следовательно к уменьшению коэффициента усиления транзисторного усилителя. Поэтому принято выбирать значение R_э в пределах (0,15÷0,25)R_к.

R_э=0,20· R_к=0,20·1800=360 Ом;

Примечание: Полученные значения сопротивлений R_к и R_э уточняем из параметрического ряда сопротивлений E24 (приложение 1).

3)Определить тип транзистора

Выбираем тип транзистора, руководствуясь следующими соображениями:

мА , -наибольший допустимый ток коллектора, приводится в справочниках.

, но поскольку напряжение питания нам предстоит еще определить, то воспользуемся приближенной формулой его расчета:

В;

В, -наибольшее допустимое напряжение между коллектором и эмиттером, приводится в справочниках.

Выбираем транзистор КТ3102А, для которого =100 мА,

=50 В; β_min=200; β_max=500;

4) Определяем параметры режима покоя транзистора.

Приняв сопротивление конденсатора C_p2 равным нулю, то можно использовать для расчета тока I_км эквивалентную схему замещения рис. 4.

Определяем амплитуду тока коллектора транзистора:

;

где Ом;

Выбираем ,где должно превышать область нелинейных искажений в режиме отсечки (на рисунке 3,б –начальные нелинейный участок на входной характеристике I_{ϭ min}< I_{ϭ 2}).

I_{б min}=18 мкА;

ΔI_б=25 мкА;

k= I_{б min}/Δ I_б=;

I_{к min}=4 мА;

I_{к n}>I_{к m}+I_{к min}

I_{к n}>10,7 мА;

Напряжение покоя определяем неравенством:

U_кэп> U_вых+ΔU_кэ; U_кэп>3+3; U_кэп>6В;

ΔU_кэ=3В;

ΔU_кэ-напряжение на коллекторе, соответствующее области нелинейных начальных участков выходных характеристик транзистора.

5)Определяем напряжение питания E_к.

По второму закону Кирхгофа для основной цепи транзисторного усилителя (рис. 2)для режима покоя составим уравнение:

E_к=U_кэп+I_кm*(R_к+R_э)

E_к=6+0,0107*(1800+360);

E_к=29,1 В;

6)Строим линию нагрузки и определяем режим работы транзистора.

Режим работы транзистора по постоянному току определяется по нагрузочной прямой (а-б), построенной на семействе выходных статистических (коллекторных) характеристик для схемы с ОЭ. Построение нагрузочной прямой показано на рис. 5.Нагрузочная прямая строится по двум точкам «П»-точка покоя (рабочая) и «а», определяемая значением напряжения источника питания E_к. Координатами «П» является ток покоя I_кn и напряжение покоя U_кэn.(рисунок 5)

7)На рисунке 5 определяем положение точки «П^ٰٰ» по значению тока I_бn, полученного для рабочей точке «П» на входной характеристике.

I_бn=k · ΔI_б;

k=2,2;

ΔI_б=25 мкА;

I_бn=2,2·25=55мкА=0,055мА.

8)Строим линию нагрузки по переменному току, которая проходит через точку 1,2, полученные на пересечении прямых I_кn-I_кm и U_кэn+ U_выхm(точка 2) и прямых I_кn+I_кm и U_кэn-U_выхm(точка 1).

I_кn-I_кm=10,7-6,7=4 мкА;

U_кэn+ U_выхm=6+3=9В.

точка 2(9:4)

I_кn+I_кm=10,7+6,7=17,4 мкА;

U_кэn-U_выхm=6-3=3В.

точка 1(3:17,4)

9)На входной статической характеристике для схем ОЭ (рис. 3, б) откла­дываем точки 1' и 2' по значениям I₆₁ и 1₆₂, найденных на выходной характери­стике. Определяем значение I_вхm= I_bm и наибольшие амплитудные значения входного напряжения U_вхm=U_bэm , необходимые для обеспечения заданного значения U_выхm .

I_вхm=0,09 мА;

U_вхm= В;

10) Определяем входное сопротивление R_вх транзисторного каскада пере­менному току (без учета делителя напряжения R1 и R2)

R_вх=2·U_вхm /2·I_вхm; R_вх=2·0,05 /2·0,00009=555,6 Ом;

11)Рассчитываем сопротивления делителя R1 и R2. Для уменьшения шунтирующего действия делителя на входную цепь каскада по переменному току принимают R_1-2>10·R_вх; R_1-2>5556 Ом;

где: R_1-2=R1·R2/(R1+R2)

Примечание. Значения всех полученных сопротивлений необходимо выбирать из параметрического ряда номиналов сопротивлений Е24(приложение 1)

Тогда: R1=;

R2= ;

12)Коэффициент нестабильности работы каскада

=16,5;

где - наибольший возможный коэффициент усиления по току вы­бранного типа транзистора.

13) Определяем емкость разделительного конденсатора С_р:

;

;

.

14)Находим емкость конденсатора С_э:

; ; ;

15)Выбираем из параметрического ряда для емкостей номиналы конденса­торов С_э и С_р (приложение 1).

;

.

Для полного устранения отрицательной обратной связи необходимо включить >=2 мкФ.

16)Рассчитываем коэффициент усиления каскада по напряжению

Рисунок 5