Задание 2. Расчет каскада на полевом транзисторе, включенном по схеме ои

Рассчитать резисторный каскад предварительного усилителя на полевом (униполярном) транзисторе, работающего на входную цепь следующего каскада (рис. Р2). Транзисторы в обоих каскадах – однотипные, включены по схеме с общим истоком. В цепи затвора осуществлено автоматическое смещение.

Рис. Р2.

Технические условия, заданные повариантно, приведены в табл. .

Таблица – Исходные данные к задаче 2

№ варианта	, Гц.	, кГц.	,не менее	, В.	, пФ.	, В.
12	45	14	10	14	30	0,68

Общими для расчета всех вариантов являются значения коэффициентов частотных искажений .

Исходными данными являются: полоса усиливаемых частот , требуемый коэффициент усиления по напряжению ; напряжение источника питания ; данные следующего каскада: входная емкость ; амплитуда входного напряжения .

В ходе работы необходимо выполнить следующее.

1. Начертить принципиальную электрическую схему каскада.

2. Определить тип транзистора, выбрать его режим работы по постоянному току.

3. Определить номиналы резистивных и емкостных элементов принципиальной схемы каскада.

4. Рассчитать коэффициенты частотных искажений, коэффициент усиления по напряжению. Построить амплитудно-частотную характеристику каскада.

5. Построить полную схему замещения каскада по переменному току, указав на ней численные значения всех элементов схемы замещения.

1. Составили 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:

Рис. Принципиальная электрическая схема каскада

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

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

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

2.2. Определили 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:

.

Выбирают точку покоя на пологом участке стоковой характеристики (рис. ) при токе , 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:

Выбрали стандартный резистор

Мощность, выделяемая на этом сопротивлении:

.

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. Определили 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:

Выбрали стандартную емкость конденсатора

3.3. Определили сопротивление резистора нагрузки в цепи стока

Выбрали соответствующий резистор из стандартного ряда .

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:

.

Мощность, выделяемая на этом сопротивлении равна:

3.4. Определили 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. Определили ёмкость разделительного конденсатора во входной цепи каскада, исходя из величины заданных на каскад частотных искажений ; при этом, если выполнено условие , то используется формула в несколько упрощенном виде:

Выбрали стандартную емкость конденсатора

4. Рассчитали результирующие показатели каскада.

4.1. Определили 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 определяется для конкретных условий работы транзистора:

4.2. Рассчитали частотные искажения на верхних частотах:

где – эквивалентное сопротивление каскада на верхних частотах, равное:

,

– эквивалентная ёмкость транзистора, равная:

где ;

– выходное сопротивление – величина, обратная выходной проводимости полевого транзистора и равная:

4.3. Относительное усиление каскада определяется по формулам:

– для области верхних частот;

– для области нижних частот.

5. Построили полную схему замещения каскада по переменному току.

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