На низких частотах, несоизмеримых с быстродействием выбранного транзистора, входное сопротивление усилителя 
является чисто активным и соответствует параллельному соединению сопротивлений 
и 
:
.
Примечание. В области высоких частот, соизмеримых с быстродействием выбранного транзистора, начинают влиять межэлектродные емкости: входное сопротивление (импеданс) транзистора является комплексной величиной
12. Расчет емкости разделительного конденсатора на входе усилителя
Разделительный конденсатор 
отделяет постоянный потенциал базы 
от источника информационного сигнала, подавляет низкие частоты и пропускает высокие частоты. Величина емкости рассчитывается на нижней частоте 
информационного сигнала по формуле:
.
Для уменьшения ослабления входного сигнала на низких частотах расчетное значение емкости 
увеличивается в 10-100 раз.
13. Расчет коэффициента усиления
Определяется емкость шунтирующего конденсатора 
в цепи эмиттера для заданного значения модуля коэффициента усиления 
.
Определяется модуль коэффициента усиления для расчетного значения емкости 
.
14. Расчет амплитуды входного напряжения и тока
Номинальная амплитуда входного напряжения 
Амплитуда входного тока 
.
15. Расчет коэффициента усиления по току и по мощности
Коэффициент усиления по току 
.
Коэффициент усиления по мощности 
.
16. Расчет номинальной мощности входного сигнала
Номинальная входная мощность 
определяется из тождества:
.
2.2 Расчет усилителя с общим коллектором
Исходными данными для расчета усилителя с общим коллектором (Рисунок 2) являются следующие параметры:
· активное сопротивление нагрузки 
;
· активная мощность нагрузки 
;
· напряжение питания 
;
· коэффициент передачи тока базы 
транзистора;
· рабочая частота (частотный диапазон) информационного сигнала 
.
Методика расчета
1. Расчет амплитуды выходного напряжения и тока нагрузки
Амплитуда выходного напряжения 
и ток нагрузки усилителя 
определяется в соответствии с разделом 2.1, п.1.
2. Выбор транзисторов
Выбор транзисторов осуществляется в соответствии с разделом 2.1, п.2.
3. Расчет емкости разделительного конденсатора на выходе усилителя
Расчет емкости разделительного конденсатора на выходе осуществляется в соответствии с разделом 2.1, п.3: 
.
4. Расчет резистора в цепи эмиттера и его мощности
Для исключения искажений информационного сигнала потенциал эмиттера 
и ток эмиттера 
в статическом режиме (при отсутствии входного сигнала) выбираются из условия: 
, 
.
Резистор в цепи эмиттера 
. Мощность 
, рассеиваемая на сопротивлении R3: 
.
5. Расчет эквивалентного сопротивления эмиттерной цепи
При достаточно большой емкости разделительного конденсатора С3 эквивалентное сопротивление эмиттерной цепи 
соответствует параллельному соединению сопротивлений 
и 
: 
.
6. Расчет входного сопротивления транзистора
Для схемы с общим коллектором входное сопротивление транзистора 
определяется без учета шунтирующего действия резистивного делителя 
со стороны базы: 
.
7. Расчет тока базы в статическом режиме
При известном значении параметров и 
транзистора статический ток базы 
.
8. Расчет резистивного делителя в цепи базы транзистора
Резистивный делитель R1, R2, формирует потенциал базы 
относительно земли. Элементы делителя выбираются таким образом, чтобы минимизировать шунтирование входного сопротивления 
. По первому закону Кирхгофа в базовом узле ток 
растекается: по резистору R2 течет ток 
, а по резистору R1 – ток 
. Для уменьшения шунтирующего действия делителя R1, R2 величина тока выбирается из условия: 
.
Расчет сопротивлений делителя R1, R2:
· расчет потенциала базы в статическом режиме: 
.
· расчет сопротивления R2 делителя: 
.
· расчет сопротивления R1 делителя: 
.
· расчет мощностей 
резисторов делителя: 
, 
.
Примечание. Для германиевых транзисторов 
; для кремневых транзисторов 
. В среде «CIRCUITMAKER » принимается 
.
9. Расчет эквивалентного сопротивления делителя в цепи базы
При достаточно большой емкости фильтра 
эквивалентное сопротивление 
базового делителя на переменном токе соответствует параллельному соединению его элементов: 
.
10. Расчет активного входного сопротивления усилителя
На низких частотах, несоизмеримых с быстродействием выбранного транзистора, входное сопротивление усилителя 
является чисто активным и соответствует параллельному соединению сопротивлений и :
.
11. Расчет емкости разделительного конденсатора на входе усилителя
Расчет емкости разделительного конденсатора на входе осуществляется в соответствии с разделом 2.1, п.12: 
.
12. Расчет коэффициента усиления по напряжению
Модуль коэффициента усиления по напряжению 
зависит от коэффициента 
транзистора, а также от соотношения эквивалентных сопротивлений участка коллектор-эмиттер 
и цепи эмиттера 
: 
.
Входной и выходной сигналы ЭП формируются относительно коллектора, имеющего на переменном токе нулевой потенциал. Следовательно, эквивалентное сопротивление эмиттерной цепи подключено параллельно динамическому сопротивлению участка коллектор – эмиттер транзистора 
:
;
.
13. Расчет амплитуды входного напряжения и тока
Номинальная амплитуда входного напряжения 
Амплитуда входного тока 
.
14. Расчет коэффициента усиления по току и по мощности
Коэффициент усиления по току 
.
Коэффициент усиления по мощности 
.
15. Расчет номинальной мощности входного сигнала
Номинальная мощность информационного сигнала на входе усилителя 
определяется из тождества: 
.
2.3 Расчет транзисторного ключа
Исходными данными для расчета транзисторного ключа (Рисунок 3, 4) являются следующие параметры:
· напряжение питания ;
· абсолютная температура окружающей среды 
;
· коэффициент передачи тока базы транзистора ;
· ток эмиттера транзистора 
;
· активное сопротивление коллекторной нагрузки 
;
· остаточное напряжение на коллекторе транзистора 
Методика расчета
1. Выбор транзистора: (см. раздел 2.1, п. 2).
2. Расчет тока коллектора (тока нагрузки): 
.
3. Расчет тока эмиттера: 
.
4. Расчет тока базы (тока управления): 
..
5. Расчет температурного потенциала: 
.
6. Расчет активного сопротивления эмиттерного вывода: 
.
7. Расчет ограничивающего резистора в цепи базы: 
.
8. Расчет мощности ограничивающего резистора в цепи базы: 
.
9. Расчет входного сопротивления транзисторного ключа: 
.
Примечание. Уровень входного напряжения 
должен обеспечить насыщение транзистора: 
, где 
максимальное напряжение между базой и эмиттером транзистора. У биполярных транзисторов: 
– германий, 
– кремний, 
[9, 11].
В среде «CIRCUITMAKER » принимается 
. При расчете ТК обычно выбирают напряжение 
.
2.4 Расчет инвертирующего усилителя
Исходными данными для расчета инвертирующего операционного усилителя (Рисунок 8, а) являются следующие параметры:
· активное сопротивление нагрузки усилителя 
;
· амплитуда напряжения на нагрузке усилителя 
· активное входное сопротивление усилителя 
;
· коэффициент усиления по напряжению 
.
Методика расчета
1. Расчет амплитуды тока нагрузки
Амплитуда тока нагрузки 
.
2. Расчет сопротивления отрицательной обратной связи
Входное сопротивление инвертирующего усилителя 
. При заданных значениях параметров 
и 
сопротивление отрицательной обратной связи 
определяется из выражения для модуля коэффициента усиления по напряжению 
, 
.
3. Расчет амплитуды входного напряжения
Амплитуда входного сигнала 
.
4. Расчет амплитуды входного тока
Амплитуда входного тока 
.
5. Расчет коэффициента усиления по току
Модуль коэффициента усиления по току 
.
6. Расчет коэффициента усиления по мощности
Модуль коэффициента усиления по мощности 
.
2.5 расчет неинвертирующего усилителя
Исходными данными для расчета неинвертирующего операционного усилителя (Рисунок 8, б) являются следующие параметры:
· активное сопротивление нагрузки усилителя 
;
· амплитуда напряжения на нагрузке усилителя 
· активное входное сопротивление усилителя 
;
· коэффициент усиления по напряжению 
.
Методика расчета
Если заданный коэффициент усиления по напряжению 
, то при фиксированном значении параметра 
сопротивление обратной связи 
определяется из выражений: 
, 
.
Если параметр 
, то неинвертирующий ОУ вырождается в повторитель напряжения (ПН): сопротивление R1 в схеме отсутствует 
, сопротивление 
– короткое замыкание между выходом ОУ и его инвертирующим входом (Рисунок 8, в).
Входное сопротивление ПН соответствует сопротивлению утечки интегральной микросхемы ОУ по неинвертирующему входу 
[1, 4, 6, 11].
Примечание. Для компенсации напряжения смещения на выходе ПН при отсутствии входного сигнала между выходом и инвертирующим входом ОУ включают резистор обратной связи 
, где 
внутреннее сопротивление источника информационного сигнала.
Дальнейший расчет неинвертирующего ОУ осуществляется в соответствии с методикой, изложенной в разделе 2.4, п.п. 1, 3…6.
2.6 Расчет дифференциального усилителя
Исходные данные для расчета дифференциального усилителя (Рисунок 8, г, д):
· активное сопротивление нагрузки усилителя ;
· амплитуда напряжения на нагрузке усилителя
· дифференциальное входное сопротивление усилителя 
;
· коэффициент усиления по напряжению 
.
Методика расчета
1. Расчет сопротивления отрицательной обратной связи
Для фиксированного значения коэффициента усиления 
в дифференциальном усилителе необходимо скомпенсировать напряжение смещения 
. Условие 
обеспечивается при определенных соотношениях элементов схемы (Рисунок 8, г):
.
Поскольку дифференциальные входы ОУ эквипотенциальны, сопротивления 
соединены параллельно. При условии 
дифференциальное входное сопротивление 
. Следовательно, 
.
Сопротивление обратной связи 
определяет модуль коэффициента усиления 
, 
.
2. Расчет сопротивления, балансирующего напряжение смещения
Для заданного значения коэффициента усиления 
баланс напряжения смещения 
обеспечивается при условии: 
. Точный баланс напряжения 
осуществляется путем замены резистора 
резистивным делителем 
, содержащим переменный резистор 
(Рисунок 8, д).
Значения резисторов выбираются таким образом, чтобы в среднем положении движка переменного резистора выполнялось условие баланса:
.
Дальнейший расчет дифференциального усилителя
осуществляется в соответствии с методикой, изложенной в разделе 2.4, п.п. 1, 3…6.
2.7 Расчет мощных операционных усилителей
Исходные данные для расчета (Рисунок 9 а, б):
· активное сопротивление нагрузки усилителя ;
· амплитуда напряжения на нагрузке усилителя
· активное входное сопротивление усилителя 
;
· коэффициент усиления по напряжению 
.
Методика расчета
1. Расчет амплитуды тока нагрузки
Амплитуда тока нагрузки 
.
2. Расчет коэффициента усиления тока эмиттерного повторителя
Коэффициент усиления тока 
определяется по заданной величине тока нагрузки: 
, где 
.
3. Выбор транзисторов эмиттерного повторителя
Выбор транзисторов внешнего эмиттерного повторителя осуществляется в соответствии с разделом 2.1, п. 2.
4. Расчет сопротивления отрицательной обратной связи
В зависимости от используемой схемы включения ОУ при известном входном сопротивлении 
сопротивление отрицательной обратной связи 
определяется в соответствии с методиками, изложенными в разделах 2.4…2.6:
инвертирующий ОУ 
;
неинвертирующий ОУ 
;
дифференциальный ОУ 
.
5. Расчет амплитуды входного напряжения
Для различных схем включения ОУ амплитуда входного сигнала 
определяется из соотношений:
инвертирующий ОУ;
неинвертирующий ОУ;
дифференциальный ОУ.
6. Расчет амплитуды входного тока
Амплитуда входного тока 
.
7. Расчет коэффициента усиления по току
Модуль коэффициента усиления по току 
.
8. Расчет коэффициента усиления по мощности
Модуль коэффициента усиления по мощности .
содержание расчетно-графического задания
1. Рассчитать схемы транзисторных усилителей мощности в соответствии с индивидуальным заданием (Таблица 1-3)
1.1 Схема с общим эмиттером (Рисунок 1).
1.2 Схема с общим коллектором (Рисунок 2).
1.3 Транзисторный ключ − схема с общим эмиттером (Рисунок 3).
2. Рассчитать базовые схемы включения операционных усилителей в соответствии с индивидуальным заданием (Таблица 4-7)
2.1 Инвертирующий ОУ (Рисунок 8, а).
2.2 Неинвертирующий ОУ (Рисунок 8, б).
2.3 Дифференциальный ОУ (Рисунок 8, г, д).
2.4 ОУ с мощным выходом (Рисунок 9 а, б).
3. Промоделировать схемы усилителей информационных сигналов в среде «CIRCUITMAKER». Определить экспериментальные (промоделированные) значения элементов принципиальной схемы (сопротивления 
, емкости 
) и параметров усилителя (коэффициенты усиления по напряжению 
, току 
и мощности 
).
Сравнить результаты моделирования (эксперимента) с теоретическими (расчетными) значениями сопротивлений 
, емкостей 
и соответствующих коэффициентов усиления 
, 
, 
.
Рассчитать относительные погрешности эксперимента по сравнению с теорией, используя следующие формулы:
,
где 
относительные погрешности экспериментальных значений сопротивлений, емкостей, коэффициентов усиления по напряжению, току и мощности соответственно.
Варианты индивидуальных заданий
Таблица 1 − Технические характеристикиусилителя с общим эмиттером
| № | Характеристические параметры | Вариант в соответствии с кодом |
| Проводимость транзистора | «pnp» – нечетный; «npn» – четный. Номер варианта (нечет/чет) выбирается по последней цифре зачетной книжки. | |
Напряжение питания  , 
| Две последних значащих цифры зачетной книжки | |
Мощность нагрузки 
| Две последних значащих цифры зачетной книжки | |
| Сопротивление нагрузки , кОм
| Три последних значащих цифры зачетной книжки | |
Частота входного сигнала  , кГц
| Три последних значащих цифры зачетной книжки | |
Статический ток эмиттера 
| Две последних значащих цифры зачетной книжки | |
Коэффициент передачи тока базы 
| Три последних значащих цифры зачетной книжки | |
Коэффициент усиления по напряжению 
| Две последних значащих цифры зачетной книжки |
Таблица 2 − Технические характеристики усилителя с общим коллектором
| № | Характеристические параметры | Вариант в соответствии с кодом |
| Проводимость транзистора | «pnp» – нечетный; «npn» – четный. Номер варианта (нечет/чет) выбирается по последней цифре зачетной книжки. | |
Напряжение питания, 
| Две последних значащих цифры зачетной книжки | |
Активная мощность нагрузки 
| Две последних значащих цифры зачетной книжки | |
Сопротивление нагрузки,  Ом
| Три последних значащих цифры зачетной книжки | |
Частота входного сигнала,  кГц
| Три последних значащих цифры зачетной книжки | |
Коэффициент передачи тока базы 
| Три последних значащих цифры зачетной книжки |
Таблица 3 − Технические характеристикитранзисторного ключа
| № | Характеристические параметры | Вариант в соответствии с кодом |
| Проводимость транзистора | «pnp» – нечетный; «npn» – четный. Номер варианта (нечет/чет) выбирается по последней цифре зачетной книжки. | |
Напряжение питания, 
| Две последних значащих цифры зачетной книжки | |
Остаточное напряжение на коллекторе транзистора 
| Две последних значащих цифры зачетной книжки | |
Температура транзистора, 
| Две последних значащих цифры зачетной книжки | |
Статический ток эмиттера, 
| Две последних значащих цифры зачетной книжки | |
Коэффициент передачи тока базы 
| Три последних значащих цифры зачетной книжки | |
Сопротивление нагрузки  ,Ом
| Две последних значащих цифры зачетной книжки |
Таблица 4 − Технические характеристикиинвертирующего ОУ
| № | Характеристические параметры | Вариант в соответствии с кодом |
Входное сопротивление усилителя 
| Две последних значащих цифры зачетной книжки | |
Сопротивление нагрузки усилителя 
| Две последних значащих цифры зачетной книжки | |
Амплитуда напряжения на нагрузке усилителя 
| Две последних значащих цифры зачетной книжки | |
Коэффициент усиления по напряжению 
| Три последних значащих цифры зачетной книжки |
Таблица 5 − Технические характеристикинеинвертирующего ОУ
| № | Характеристические параметры | Вариант в соответствии с кодом |
Входное сопротивление усилителя 
| Две последних значащих цифры зачетной книжки | |
Сопротивление нагрузки усилителя 
| Две последних значащих цифры зачетной книжки | |
Амплитуда напряжения на нагрузке усилителя 
| Две последних значащих цифры зачетной книжки | |
| Коэффициент усиления по напряжению
| Три последних значащих цифры зачетной книжки |
Таблица 6 − Технические характеристикидифференциальногоОУ
| № | Характеристические параметры | Вариант в соответствии с кодом |
| Дифференциальное входное сопротивление усилителя , кОм
| Две последних значащих цифры зачетной книжки | |
| Сопротивление нагрузки усилителя
| Две последних значащих цифры зачетной книжки | |
Амплитуда напряжения на нагрузке усилителя 
| Две последних значащих цифры зачетной книжки | |
Коэффициент усиления по напряжению
| Три последних значащих цифры зачетной книжки |
Таблица 7 − Технические характеристики ОУ с мощнымвыходом
| № | Характеристические параметры | Вариант в соответствии с кодом |
Активное сопротивление нагрузки усилителя 
| Три последних значащих цифры зачетной книжки | |
| Амплитуда напряжения на нагрузке
усилителя
| Две последних значащих цифры зачетной книжки | |
| Активное входное сопротивление усилителя , кОм
| Две последних значащих цифры зачетной книжки | |
Коэффициент усиления по напряжению 
| Три последних значащих цифры зачетной книжки |
Примечание. При наличии «нулевых» значений цифр кода следует обратиться к преподавателю.
Содержание отчета
В отчете о расчетно-графическом задании должны быть представлены следующие материалы:
· электрические схемы усилителей информационных сигналов и методики их расчета;
· результаты моделирования усилителей в среде «CIRCUITMAKER» − электрические схемы устройств с измерительными приборами и осциллограммами в контрольных точках;
· расчет относительных погрешностей результатов моделирования по сравнению с теорией.
Контрольные вопросы
1. Какими параметрами характеризуются транзисторные усилители мощности?
2. В чем общность и принципиальные различия транзисторных усилителей с общим эмиттером и коллектором?
3. Какими параметрами характеризуется ключевой режим транзистора?
4. Чем определяется входное и выходное сопротивление транзисторного усилителя?
5. Как изменить коэффициент усиления транзисторного усилителя?
6. Какими свойствами обладают входы операционного усилителя?
7. Какими параметрами характеризуется инвертирующий усилитель?
8. Какими параметрами характеризуется неинвертирующий усилитель?
9. Какими параметрами характеризуется дифференциальный усилитель?
10. Чем определяется нагрузочная способность операционного усилителя?
Перечень используемых единиц измерения
Размерность единиц измерения соответствует системе СИ [4, 6]
| № | Параметр | Условное обозначение | Единицы измерения в системе СИ |
| Электродвижущая сила | 
| вольт (В) | |
| Электрическое напряжение | 
| вольт (В) | |
| Электрический ток | 
| ампер (А) | |
| Электрическая мощность | 
| ватт (Вт) | |
| Активное электрическое сопротивление | 
| Ом (Ом) | |
| Электрическая емкость | 
| фарад (Ф) | |
| Реактивное емкостное сопротивление | 
| Ом, (Ом) | |
| Электрический импеданс | 
| Ом, (Ом) | |
| Круговая частота | 
| секунда -1 (1/с) | |
| Циклическая частота | 
| герц, (Гц) | |
| Коэффициент передачи тока базы | 
| - | |
| Коэффициент передачи тока эмиттера | 
| - | |
| Коэффициент усиления по напряжению | 
| - | |
| Коэффициент усиления по току | 
| - | |
| Коэффициент усиления по мощности | 
| - |
перечень сокращений
В – выход;
ДУ – дифференциальный усилитель;
ЕСКД – единая система конструкторской документации;
ИВ – инвертирующий вход;
МС – мехатронная система;
НВ – неинвертирующий вход;
ОБ – общая база;
ОК – общий коллектор;
ОУ – операционный усилитель;
ОЭ – общий эмиттер;
ПН – повторитель напряжения;
ТК – транзисторный ключ;
УИС – усилитель информационных сигналов.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1 Гук М. Аппаратные средства IBM PC. Энциклопедия/М. Гук.-С.-Петербург, «Питер», 2000.- 816 с.
2 Гутников В.С. Интегральная электроника в измерительных устройствах./ В.С. Гутников. - Л.: Энергоатомиздат, 1988.-304 с.
3 Кофлин Р. Операционные усилители и линейные интегральные схемы/Р. Кофлин, Ф. Дрискол.- М.: Мир, 1979.- 360 с.
4 Кухлинг Х. Справочник по физике/ Х. Кухлинг.-М.: Мир, 1982.-520 с.
5 Новиков Ю. В. Разработка устройств сопряжения для персонального компьютера типа IBM PC/Ю.В. Новиков, О. А. Калашников, С.Э. Гуляев.-М.: «ЭКОМ», 2000.- 222 с.
6 Пашков Е. В., Осинский Ю. А., Четверкин А. А. Электропневмоавтоматика в производственных процессах: Учебное пособие/ Е. В. Пашков, Ю. А. Осинский, А. А. Четверкин.- Севастополь: Изд-во СевГТУ, 1997.-368 с.
7 Пейтон А., Волш В. Аналоговая электроника на операционных усилителях./ А. Пейтон, В. Волш.- М.: Бином, 1994-352 с.
8 Справочник: Резисторы/Под ред. И. И. Четверткова и В. М. Терехова. - М.: Радио и связь, 1987.- 352 с.
9 Степаненко И.И. Основы теории транзисторов и транзисторных схем/ И.И. Степаненко. - М.: Энергия, 1973.- 608 с.
10 Усатенко С.Т. Выполнение электрических схем по ЕСКД: Справочник/С.Т. Усатенко, Т.К. Каченюк, М.В. Терехова. - М.: Издательство стандартов, 1989.- 325 с.
11 Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники: Т. 1/ П. Хоровиц, У. Хилл.-М.: Мир, 1984.-598 с.
Заказ № _____ от «» _____ 2007 г. Тираж _____ экз.
Изд-во СевНТУ