Расчёт по постоянному току заключается в определении рабочей точки транзистора, то есть постоянных составляющих и , проверке его мощности рассеяния по сравнению с допустимым значением , расчёте сопротивлений резисторов , , , и выборе их номинальных мощностей и расчёте мощности, потребляемой усилителем.
Определение рабочей точки транзистора можно осуществить либо графическим способом с помощью вольт-амперных характеристик либо с помощью аналитических формул.
а) б)
Рис.2. Входные (а) и выходные (б) ВАХ транзистора
По входным вольт-амперным характеристикам удобно определять падение напряжения на участке между базой и эмиттером транзистора при известном токе базы.
На выходных вольт-амперных характеристиках можно построить нагрузочную прямую по постоянному току и наглядно представить положение рабочей точки и . Можно также построить нагрузочную прямую по переменному току и определить графически примерное (вследствие того, что характеристики обобщённые, то есть типовые) значение коэффициента усиления по напряжению.
Значение определим с учётом (2) из формулы:
где - коэффициент запаса. Выбрав = 0,8, получим ,13 / 0,8 = 1,4 мА.
Известно, что транзистора сильно падает при уменьшении тока, поэтому задаёмся 4 мА.
Значение с учётом (1) должно удовлетворять неравенствам:
Задаёмся = 10 В = 30 В.
Для выбора значения падения напряжения на резисторе необходимо руководствоваться следующими соображениями:
- увеличение значения приводит к уменьшению максимального размаха выходного напряжения (), что для данного случая не имеет значения;
- увеличение значения приводит к большей стабилизации режима каскада;
- увеличение значения приведёт к уменьшению значения ёмкости конденсатора .
Исходя из этих соображений, задаёмся 2 В. Тогда значения сопротивлений резисторов и подсчитываются по формулам:
(24 – 10 – 2) / 4 = 3 кОм.
2 / 4 = 0,5 кОм.
Из таблицы номиналов выбираем =3 кОм, 510 Ом.
Проведя на выходной ВАХ через точки , и , 24 / (3 + 0,51) = 6,8 мА нагрузочную прямую, в точке , определяем ориентировочное значение тока базы 20 мкА.
На входной ВАХ при токе базы 20 мкА и определяем падение напряжения 0,63 В.
Далее определяем напряжение 0,63 + 2 = 2,63 В.
Значение тока базового делителя должно удовлетворять двум условиям:
и .
Исходя из этих условий, задаёмся 120 мкА и рассчитываем значения сопротивлений резисторов базового делителя и :
(24 - 2,63) / 120 = 178 кОм;
2,63 / (120 -20) = 26,3 кОм.
Из таблицы номиналов выбираем = 180 кОм, = 25 кОм.
Рассчитываем мощности, рассеиваемые на резисторах.
180 (120 )2 = 2,6 мВт;
25 (100 )2 = 0,25 мВт;
3 (4 )2 = 48 мВт;
0,51 (4 )2 = 2,04 мВт.
Номинальные мощности рассеяния всех резисторов выбираем равными 0,125 Вт.
Рассчитываем мощность, рассеиваемую на коллекторе транзистора.
Сначала находим мощность, рассеиваемую при нормальной температуре :
10 4 40 мВт.
Далее определяем мощность , приведённую к рабочей температуре 313 К, учитывая, что для кремниевых транзисторов максимально допустимая температура коллекторного перехода :
= 40 (423 –313) / (423 – 293) = 34 мВт < = 120 мВт.
Следовательно, выбранный транзистор удовлетворяет требованию по допустимой мощности рассеяния.
Рассчитываем мощность, потребляемую усилителем от источника питания:
(0,12 + 4) 24 = 99,5 мВт.