Транзистор VT включен в усилительный каскад по схеме с ОЭ (рисунок 2.1). Каскад питается от одного источника с напряжением Ек = ‑ 10 В. Для подачи смещения в цепь базы используется резистор Rб. Имеет место смещение током базы покоя.
Постоянная составляющая тока базы Iб0 = 0,3 мА, амплитуда переменной составляющей тока базы Imб =0,2 мА, сопротивление нагрузки Rк = 0,5 кОм, а максимально допустимая мощность, рассеиваемая коллектором, РКmax =150 мВт. Диапазон частот усиливаемых колебаний fн=80 Гц, fв=5 кГц.
Требуется:
а) выполнить графоаналитический расчет усилителя;
б) проверить, не превышает ли мощность РКO, выделяемая на коллекторе в режиме покоя, максимально допустимую мощность РКmax;
в) для рабочей точки усилителя найти параметры h21э, h22э, Rвых = 1/ h22э, h11э, и аналитически рассчитать величины КI, КU, КP, Rвх.
Решение.
Характеристики транзистора берутся из справочника, например, для заданного показаны на рисунках 3.1 и 3.2:
а) на семействе выходных характеристик (рисунок 3.2) строим линию максимально допустимой мощности, используя уравнение:
IKmax = РКmax / Uкэ IKmax = 150×10-3 / UКЭ.
Подставим значения UКЭ, равные, например, -7,5; -10; -15; -20 В, получаем значения IKmax, равные 20; 15; 10; 7,5 мА соответственно (таблица 3.1)
Т а б л и ц а 3.1
| UКЭ (В) | -7,5 | -10 | -15 | -20 |
| IKmax (мА) | 7,5 |
Построим по этим точкам линию РКmax на рисунке 3.2;
б) используя уравнение линии нагрузки Iк=(Е—Uкэ)/Rк, на семействе выходных характеристик строим линию нагрузки
при Iк= 0, Uкэ = Е = - 10 В ‑ первая точка линии нагрузки,
при Uкэ= 0, Iк = Е/ Rк =10/500 = 20 мА - вторая точка. Соединяем их.
Точка пересечения линии нагрузки с характеристикой, соответствующей постоянной составляющей тока базы Iб0=300 мкА, определит рабочую точку. Ей будут соответствовать
Iко = 6 мА, Uкэ0 = -7 В.
Амплитуду переменной составляющей тока коллектора определим как среднее значение
, Imк = (9×10-3 -2×10-3) / 2 = 3,5 мА.
Амплитуда переменного напряжения на нагрузке
UmR = Umкэ = Imк Rк, UmR = Umкэ = 3,5×10-3 × 0,5×103 = 1,75 В.
Коэффициент усиления по току
КI = Imк / Imб, КI = 3,5×10-3 / 0,2×10-3 = 17,5.
Выходная мощность Рвых = 0,5 Imк UmR,
Рвых = 0,5×3,5×10-3 ×1,75 = 3×10-3= 3 мВт.
Полная потребляемая мощность в коллекторной цепи
Р0 = ЕкIк0, Р0 = 10×6×10-3 = 60 мВт.
Кпд коллекторной цепи
h = Рвых / Ро, h = 3×10-3 / 60×10-3 = 0,05 = 5 %.
Мощность, рассеиваемая на коллекторе постоянной составляющей коллекторного тока
РК0 = IК0UКЭ0, РК0 = 6×10-3×7 = 42 мВт, РКmax = 150 мВт,
РК0 < РКmax - следовательно, режим работы усилителя является допустимым;
в) далее расчет ведем по семейству входных характеристик (рисунок 3.1). У транзисторов входные характеристики расположены близко друг от друга, поэтому в качестве рабочей входной характеристики можно принять одну из статических входных характеристик, соответствующую активному режиму, например, характеристику, снятую при UКЭ = - 5 В. Из графика находим, что |Uбэ0| = 0,25 В.
Амплитуда входного напряжения
, Umбэ = (277×10-3 - 187×10-3) /2 = 45 мВ.
Модуль коэффициента усиления по напряжению
|КU| = Umкэ / Umбэ, |КU| = 1,75 / 45×10-3 = 39.
Коэффициент усиления по мощности
КР = | КI KU |, KP = 39×17.5 @ 690.
Входная мощность
Pвх = 0,5ImбUmб, Рвх = 0,5×0,2×10-3 ×45×10-3 = 4,5 мкВт.
Входное сопротивление
Rвх = Umбэ / Imб, Rвх = 45×10-3 / 0,2×10-3 = 225 Ом.
Сопротивление резистора
, Rб = (10-0,25) /0,3×10-3 =32,5 кОм.
Емкость разделительного конденсатора Ср определяется из условия
где wн – низшая рабочая частота;
СР = 
, СР =10 / (6,28×80×225) = 90 мкФ;
г) рассчитаем h -параметры в рабочей точке при UКЭ = - 7 В и I к0 = 6 мА
h21э = b = 
;
по точкам В и Г на рисунке 3.2 определим
h21э = 
= 18,5.
По точкам D и E определим
h22э = 
h22э = 
= 117 мкСм.
Rвых = 
, Rвых = 
= 8,5 кОм,
параметр h11э = 
.
По точкам М и N на рисунке 3.1 определим
h11э = 
= 210 Ом.
Крутизна характеристики транзистора
S = y21э = 
= 
= 88 мА/В.
С помощью найденных параметров определим искомые значения по приближенным формулам. Коэффициент усиления по току КI » h21э = 18.5; точнее
КI = 
= 
= 17.5, что сходится с результатом графо-аналитического расчета.
Входное сопротивление Rвх @ h11э » 210 Ом.
Коэффициент усиления по напряжению
КU » 
» 
= - 44; точнее, КU = 
= - 41.5.
Коэффициент усиления по мощности
KP = êKI × KU ê= 17,5 × 41,5 = 725.