Расчет транзисторного усилителя по схеме с общим эмиттером

• Задание
• Расчет транзисторного усилителя по схеме с ОЭ
• Определяем амплитуду тока коллектора транзистора
• Напряжение покоя определяем неравенства
• Определяем напряжение питания

Задание

Рассчитать каскад транзисторного усилителя напряжения, принципиальная схема которого изображена на рис. 1.

Рис.1

Исходные данные:

1) напряжение на выходе каскада (напряжение на нагрузке);

2) сопротивление нагрузки ;

3) нижняя граничная частота ;

4) допустимое значение коэффициента частотных искажений каскада в области нижних частот .

Примечание. Считать, что каскад работает в стационарных условиях (;). При расчете влиянием температуры на режим транзистора пренебрегаем.

Определить:

1) тип транзистора;

2) режим работы транзистора;

3) сопротивление коллекторной нагрузки ;

4) сопротивление в цепи эмиттера;

5) напряжение источника питания ;

6) сопротивления делителя напряжения и стабилизирующие режим работы транзистора;

7) емкость разделительного конденсатора ;

8) емкость конденсатора в цепи эмиттера ;

9) коэффициент усиления каскада по напряжению.

Расчет транзисторного усилителя по схеме с ОЭ

1. Определяю значение сопротивления для повышения коэффициента усиления Ом.

2. Определяем значение сопротивления

Выбираем значение в пределах

.

Примечание. Полученные значения сопротивлений и уточняю из параметрического ряда сопротивлений Е24 (приложение 1).

3. Выбираю тип транзистора.

При выборе транзистора руководствуюсь следующими соображениями:

а) Определяю предельно-допустимый ток.

где — наибольшая возможная амплитуда тока нагрузки; наибольший допустимый ток коллектора, приводится в справочниках, — амплитуда выходного напряжения.

б) Определяю предельно-допустимое напряжение коллектор-эмиттер.

Выбор предельно-допустимого напряжения коллектор-эмиттер произвожу по напряжению питания усилителя.

.

где — наибольшее допустимое напряжение между коллектором и эмиттером приводится в справочниках.

Но поскольку напряжение питания предстоит еще определить, то воспользуюсь приближенной формулой его расчета:

Выбираею транзистор КТ3102А:

в) Для выбранного типа транзистора необходимо выписать из справочных данных (приложение 3) значения коэффициентов усиления по току для ОЭ и (или и). В некоторых справочниках дается коэффициент усиления по току для схемы ОБ и начальный ток коллектора. Тогда (при выборе режима работы транзистора необходимо выполнить условие).

г) Для каскадов усилителей напряжения обычно применяют маломощные транзисторы.

д) К заданному диапазону температур удовлетворяет любой транзистор.

Примечание. Произведенный выбор транзистора носит ориентировочный характер и в процессе расчета требует проверки.

4. Определяем параметры режима покоя транзистора.

Приняв сопротивление конденсатора равным нулю, то можно использовать для расчета тока эквивалентную схему замещения рис. 4.

Определяем амплитуду тока коллектора транзистора

¦,

где ¦.

Выбираем, где должно превышать область нелинейных искажений в режиме отсечки (на рисунке 3, б — начальный нелинейный участок на входной характеристике).

I_{kmin=5 мА.}

транзисторный усилитель схема напряжение

Напряжение покоя определяем неравенства

где напряжение на коллекторе, соответствующее области нелинейных начальных участков выходных характеристик транзистора.

Определяем напряжение питания

По второму закону Кирхгофа для основной цепи транзисторного усилителя (рис.2) для режима покоя составим уравнение:

где — падение напряжения на сопротивлении в режиме покоя,

— падение напряжения на сопротивлении в режиме покоя,

— падение напряжения на электродах транзистора коллектор — эмиттер в режиме покоя.

Падение напряжения на сопротивлениях и определяются из уравнений:

.

Ток эмиттера в режиме покоя равен:

.

Поскольку ток базы в десятки раз меньше, то для упрощения расчетов примем .

Тогда уравнение для определения напряжения источника питания примет вид:

По полученному значению напряжения питания выбираем стабилизированный источник питания на базе микросхемы (приложение 2). Стабилизированный источник питания целесообразно выбирать с фиксированным напряжением питания, а указанным допуском отклонения можно пренебречь.

Например. К142ЕН9 В имеет В. Принимаем В.

6. Строю линию нагрузки и определяю режим работы транзистора.

Режим работы транзистора по постоянному току определяется по нагрузочной прямой, построенной на семействе выходных статических (коллекторных) характеристик для схемы с ОЭ. Построение нагрузочной прямой показано на рис. 2 (а). Нагрузочная прямая строится по двум точкам: точка покоя (рабочая) и, определяемая значением напряжения источника питания . Координатами являются ток покоя и напряжения покоя (т.е. ток и напряжение, соответствующие нулевому входному сигналу).

Определяем положение рабочей точки по значению тока базы, полученной для рабочей точки на выходной характеристике.

Строю линию нагрузки по переменному току, которая проходит через точку и точки 1, 2, полученные на пересечении прямых и (точка 2) и прямых и (точка 1).

На входной статической характеристике для схем ОЭ (рис. 2, б) откладываю точки и по значениям и, найденных на выходной характеристике. Определяю значение и наибольшие амплитудные значения входного напряжения, необходимые для обеспечения заданного значения .

Точка (П): (U_кэп=5,1В; I_кп16,6 мА)

Точка (1): (I_кп+I_km; U_kэп-U_{вых. m}) > (16,6+11,6; 5,1−3,1) > (28,2;

2);

Точка (2): (I_кп-I_km; U_kэп+U_{вых. m}) > (16,6−11,6; 5,1+3,1) > (5; 8,2);

Точка (П'): П'= I_бп = к_п*ДI_б=3,2*25*10^-6 = 0,08 мА;

Точка (1'): 1' = I_б1 = к₁* ДI_б = 5,5 *25*10^-6 = 0,137 мА;

Точка (2'): 2' = I_б2 = к₂* ДI_б = 1,1*25*10^-6 = 0,03 мА;

I_вхт = I_бт= I_бп-I_б2 = 0,13−0,03 = 0,107 мА;

U_вхт = U_бэт = U_бэп-U_бэ2 = 0,72−0,65 = 0,07 В;

Примечание. После построения линий нагрузок проверяю, чтобы выполнялись следующие условия: рабочая точка при изменении выходного напряжения не заходила в области недопустимых значений определяемых предельно — допустимой мощностью. Линия строится по зависимости, где (1)

Определяется из справочной литературы точки и на входной характеристике должны находиться на линейном участке.

По формуле 1 определяю координаты точек для построения линии допустимой мощностью.

точка а: координаты (5: 50)

точка б: координаты (10: 25)

точка в: координаты (20: 12,5)

Определяю входное сопротивление транзисторного каскада переменному току (без учета делителя напряжения и):

Рассчитываю сопротивления делителя и. Для уменьшения шунтирующего действия делителя на входную цепь каскада по переменному току принимаю, где .

Тогда ,