Расчет параметров, обеспечивающих режим работы транзистора по постоянному току

1.4.1. Для схемы, изображенной на рис.1, определяем

R_Б = 8·[r_Б + r_Э · (1+ β)] ≈ 8 · h_{11 Э} = 8 · *,**· 10ⁿ = *,**· 10ⁿ [Ом],

1.4.2. Определяем сопротивление в цепи эмиттера

R_Э = R_Б·(β – S) ∕ β·S = *** ***= *,**· 10ⁿ [Ом],

выбираем номинал сопротивления резистора из стандартного ряда (приложение 2):

R_Э = *,**[кОм].

1.4.3. Определяем напряжение источника питания усилителя

Е_К = 2·U_КЭО + I_ЭО ·R_Э = *** ***= *,** [В].

Округляем полученное значение до стандартного из ряда (5,0; 6,0; 9,0; 12,0; 15,0; 18,0; 24,0; 30,0):

Е_К = *,** [В].

Исходя из этого, корректируем значение н апряжения между коллектором и эмиттером в рабочей точке: U_КЭО = (Е_К – I_ЭО ·R_Э) ∕ 2 = *** ***= *,** [В]

1.4.4. Определяем сопротивление в цепи коллектора:

R_К = U_КЭО ∕ I_КО = *** ***= *,**· 10ⁿ [Ом],

выбираем номинал сопротивления резистора из стандартного ряда (приложение 2):

R_К = *,** [кОм].

1.4.5. Определяем напряжение на базе транзистора:

U_БО = I_ЭО·R_Э + U_БЭО = (I_КО + I_БО)·R_Э + U_БЭО = *** ***= *,** [В],

где, U_БЭО – напряжение на эмиттерном переходе в рабочей точке,

принимается для: (Ge) германиевых U_БЭО = 0,2 – 0,3 [В];

(Si) кремниевых U_БЭО = 0,3 – 0,5 [В].

1.4.6. Рассчитываем делитель в цепи базы.

Напряжение холостого хода делителя: U_{Д ХХ} = U_БО + I_БО·R_Б = *** ***= *,** [В].

Вычисляем величины сопротивлений делителяям:

R₁ = E_К·R_Б ∕ U_{Д ХХ} = *** ***= *,**· 10ⁿ [Ом],

выбираем номинал сопротивления резистора из стандартного ряда (приложение 2):

R₁ = *,** [кОм];

R₂ = R₁·R_Б ∕ (R₁ – R_Б) = *** ***= *,**· 10ⁿ [Ом],

выбираем номинал сопротивления резистора из стандартного ряда (приложение 2):

R₂ = *,** [кОм];

Вычисляем ток делителя: I_Д = E_К ∕ (R₁ + R₂) = *** ***= *,**· 10ⁿ [А],

Величина тока делителя должна удовлетворять условию: I_Д > 4·I_БО,

Проверяем: *,**· 10ⁿ > *,**· 10ⁿ.

Если это условие не выполняется, то выбирают меньшее значение R_Б и повторяют расчет параметров R_Э, Е_К, R₁ и R₂.

1.4.6. После расчета параметров, обеспечивающих режим транзистора по постоянному току, необходимо проверить полученное значение коэффициента усиления:

К_О = R_ВХ· h_{21 Э}·R_КН ∕ [h_{11 Э} ·(R_С + R_ВХ)] = *** ***= *,** (6)

где, R_КН = R_К·R_Н ∕ (R_К+R_Н) = *** ***= *,**·10ⁿ [Ом];

R _ВХ – входное сопротивление усилителя:

R_ВХ = R_Б · h_{11 Э} ∕ (R_Б +h_{11 Э}) r_Б + r_Э·(1 + β) = *** ***= *,**·10ⁿ [Ом].

 

Если полученное значение К_О меньше (А) или больше (В) заданного, то следует внести изменения в усилитель.

Выбрать вариант изменений!

 

А. Для увеличения коэффициента усиления:

1.Если полученное значение меньше заданного на 10 – 15 %, то можно увеличить значение R_К, но при этом придется увеличить Е_К, что нежелательно

2.Выбрать транзистор с большим значением h_{21 Э}.

3.Если полученное значение меньше заданного на 30 – 70 %, необходим дополнительный каскад усиления (аналог изображенного на Рис. 1).

4.Если R_Н < R_К, то можно включить эмиттерный повторитель на выходе усилителя (рис.2).

 

 

В этом случае нагрузкой усилителя будет большое входное сопротивление эмиттерного повторителя:

R_{вх эп} = R_эн·(1 + β) = *** ***= *,**· 10ⁿ [Ом];

где, R_ЭН = R_Э2·R_Н ∕ (R _Э2 + R_Н).

Ток коллектора эмиттерного повторителя определяют аналогично усилителю:

__

I_{КО ЭП} = 1,5 ·I_НМ + 0,4 ·10 ^{- 3} = 1,5·√2 ·U_Н ∕ R_Н + 0,4·10 ^{- 3} = *** ***= *,**· 10ⁿ [А];

Сопротивление R _Э2 = U _{Э2 О} ∕ I _{Э2 О} = *** *** = *,**· 10ⁿ [Ом];

где, U _{Э2 О} = U _К1– U_БЭО = *** ***= *,** [В].

Значение I_Э можно принять равным I_{КО ЭП}.

Коэффициент усиления эмиттерного повторителя:

К_эп = (1 + h_{21 Э})·R _ЭН ∕ [h_{11 Э} + (1 + h_{21 Э})·R _ЭН ] = *** ***= *,** (7)

Тогда общий коэффициент усиления будет равен: К = К_УС· К_эп = *** ***= *,**.

В данном случае К_УС определяется по выражению (6).

 

Рис. 2. Усилитель с эмиттерным повторителем

 

5. Если сопротивление источника сигнала R_с 0,5·R_вх, то можно включить эмиттерный повторитель на входе усилителя, как показано на рис.3.

 

В этом случае коэффициент усиления возрастет примерно

в 0,9·[(R_с+ R_{вх ус}) ∕ (R_{вых эп} + R_{вх ус})] раз,

где, R_{вх ус} – выходное сопротивление эмиттерного повторителя;

R_{вых эп} = (R_с+ r_Б) ∕ (1 + β) + r_э – выходное сопротивление эмиттерного повторителя.

Рис. 3. Включение эмиттерного повторителя на входе усилителя

 

Ток коллектора эмиттерного повторителя может быть выбран равным 1мА:

I_КО =1,0 ·10^-3 [А].

Напряжение на эмиттере VT1: U_{Э1 О} = Е_К ∕ 2 = *** ***= *,** [В].

Напряжение на базе: U_{Б1 О} = U_{Э1 О} + U_{БЭ О} [В] = *** ***= *,** [В],

где, U_{БЭ О} – выбирается аналогично п.1.4.5.

Ток базы: I_{Б1 О} = U_{Б1 О} ∕ R_Б1 = I_ЭО ∕ β+1 = *** ***= *,**·10ⁿ [А].

При расчете делителя R1- R2, ток делителя принимается: Iд = (4 6)·I_БО.

Сопротивление в цепи эмиттера рассчитывается: R_Э1 = U_{Э1 О} ∕ I _{Э1 О}

Если предлагаемые в п.А меры не позволяют получить требуемый коэффициент усиления, то необходим двухкаскадный усилитель с коэффициентами усиления каскадов К₁ и К₂. Тогда общий коэффициент усиления: К = К₁ ·К₂. Рекомендуется К₁ > К₂.

В. Для уменьшения коэффициента усиления:

 

1. Выбрать транзистор с меньшим h₂₁.

2. Уменьшить значение R_К. Но при этом придется увеличить ток коллектора, что нежелательно.

3. Включить делитель напряжения на входе усилителя или между каскадами.