1.3. Выбор транзистора для усилительного каскада.

В инженерных расчётах при выборе транзистора пользуются следующими паспортными параметрами:

1) Граничная частота коэффициента передачи тока F_rp ;

2. Статический коэффициент передачи по току h_{21Э ;}

3. Максимально допустимое напряжение коллектор-эмиттер U_кэмакс ;

4. Максимально допустимый ток коллектора I_{k макс} ;

5. Максимальная рассеиваемая мощность на коллекторе P_кмакс.

Рабочие параметры транзистора для большей надёжности выбираются с запасом на 20-30% от предельных режимов работы.

Определим максимальный ток коллектора, считая сопротивление коллектор-эмиттер равным нулю, при полностью открытом транзисторе, вычисляемый как отношение максимального напряжения коллектора к его сопротивлению:

_{Iкэ макс=}

Здесь сопротивление Rk принято равным сопротивлению нагрузки по заданию, а сопротивлением в эмиттерной цепи пренебрегли в силу его назначительности.

Наибольшее допустимое значение тока коллектора _Ikэ-max у выбираемого транзистора должно быть не менее рассчитанного

_{Ik макс ≥11 мА}

Величина наибольшего допустимого напряжения на коллектор- эммитер выбирается больше напряжения источника питания: U_{к доп} >Е_п, т. е. U_{к доп} >22 В.

1. Верхняя граничная частота Fгр>10*1200кГц=12МГц.

2. Величина допустимого тока коллектора Ik max ≥11мА

3. Наибольшее допустимое напряжение на коллекторе Uкдоп ≥ Eп, Uкдоп > 22 В

4. Максимальная рассеиваемая мощность P_кмакс=Iкэмакс*Е_п =11*22=242 мВт.

Данным требованиям удовлетворяет транзистор ВС177АР (отечественный аналог КТ3107А) со следующими параметрами:

Uкб макс = 50 В, Uкэ макс = 50 В, Iк макс = 100 мА, h21э = 200,

Fгр =200 МГц, Pkмакс = 0.25 Вт.

2. Моделирование статических характеристик транзистора и выбор рабочей точки

2.1. Моделирование выходных характеристик и построение нагрузочной прямой.

С помощью семейства выходных характеристик определяем положение рабочей точки, обеспечивающей работу транзистора в режиме класса А соответствующей ей координаты: Uкэ, Iб, Iк.

Соберём схему с общим эмиттером, показанную на рис. 2.1. Выходная характеристика снимается при постоянном токе базы. Изменяя напряжение U_кэ, регистрируем значения I_к.

Рис 2.1. Схема для снятия выходных статистических характеристик

Параметры изменения источника питания и зависимость для снимаемой характеристики представлены на рис. 2.2 и рис. 2.3 соответственно.

Рис. 2.2 Параметры изменения источника питания

Рис.2.3 Зависимость для снимаемой характеристики

На рис. 2.4 показаны выходные характеристики при разных значениях I_б.

Рис 2.4 Выходные характеристики транзистора с нагрузочной прямой.

На семействе выходных характеристик строим нагрузочную прямую для определения координаты рабочей точки, соответствующей выбранному режиму работы.

Для этого, при выбранном классе работы усилителя А, определяем координату точки на оси напряжения U_к, рис. 2.4 при полностью закрытом транзисторе.

В этом случае сопротивление перехода транзистора коллектор-эмиттер источника питания 22 В. Это будет первая точка нагрузочной прямой.

Для получения второй точки (по оси тока коллектора) I_к на выходной характеристике, полагают, что транзистор полностью открыт.

В этом случае ток, протекающий через переход эмиттер-коллектор максимален, поскольку сопротивление перехода Э-К минимально (практически равно 0).

Тогда ток коллектора в этом случае:

Эта точка является второй для построения нагрузочной прямой.

Таким образом, соединив эти точки получим прямую, пересекающую семейство кривых для различных токов. Выбрав середину этой прямой (длина отрезка между полученными точками делится пополам), определяем координату этой точки. Координата этой точки определяется током I_к по оси коллекторного тока и напряжением U_кэ.

Эти точки и определяют параметры напряжения покоя и тока покоя в рабочей точке, определяющей класс А работы усилительного элемента.

В частности, получим напряжение коллектор-эмиттер покоя:

и ток коллектора покоя I_кп⁼5,2337 мА.

Рабочая точка в семействе выходных характеристик позволяет определить значение базового тока, определяющего параметры покоя транзистора. Для рассматриваемого случая этой рабочей точке соответствует базовый ток I_бп=24,44 мкА.

Таким образом, исходя из построений выходных характеристик с нагрузочной прямой, мы выбрали рабочую точку транзистора, определяющую класс А работы транзистора и определили необходимые параметры покоя транзистора:

U_кэп=11B, I_кп=5.2337 мА, I_бп=24,44 мкА.