Uкэ, В
|
4
|
8
|
10
|
16
|
20
|
Iк,мА
|
50
|
25
|
20
|
12,5
|
10
|
Далее на
семействе выходных характеристик (рисунок 3) проводим нагрузочную линию,
используя уравнение для коллекторной цепи
Полагая Uкэ = 0 В, получим
где Rобщ = Rк + Rэ - суммарное сопротивление в выходной цепи транзистора.
Полагая Iк = 0, имеем Uкэ = Eп=6 В.
Так как Rобщ пока неизвестно, используем две точки (рисунок 3) : точку А с
координатой (Еп, 0) и выбранную по некоторым соображениям точку Р.
Положение
точки Р нужно выбрать из следующих соображений:
а)
точке Р соответствует значение тока Iкр 1,2Iим 13,4мА и значение напряжения U кэр (Uвых.+Uост)=3+1=4 В,
где Iкр - постоянная составляющая тока коллектора;
Iим - амплитуда переменной составляющей
тока коллектора (тока нагрузки);
Uкэр - постоянная составляющая напряжения коллектор-эмиттер.
б)
точка Р должка располагаться в области значений токов и напряжений, не
попадающих в верхнюю область, ограниченную кривой Ркм (рисунок 3).
Определив
координаты точки Р проводим на семействах выходных характеристик нагрузочную
прямую APD (рисунок 3) и определяем значение
тока базы Iбр, соответствующее выбранному значению
тока коллектора Iкр: Iбр =0,6 мА. По значению тока базы Iбр определяем положение точки P1 на входной характеристике (рисунок 4).
Определяем
значения токов Iкм и Iк.min :
Iкм = Iкр+ Iим=15+7,5=22,5 мА,
Iк.min =Iкр -Iим=15-7,5=7,5 мА,
где Iнм - амплитуда переменной
(синусоидальной) составляющей тока нагрузки.
Откладывая
по оси токов значения Iкм, Iк.min находим на нагрузочной линии точки В и С, которым
соответствуют значения токов базы Iбм=0,9 мА, Iб.min=0,3 мА и значения напряжений Uкэм=5,2 В, Uкэ.min=3,4 В. Амплитуду синусоидальной
составляющей напряжения коллектор-эмиттер находим из соотношения:
1.4
Расчет параметров элементов схемы
1.
Определяем значения сопротивлений Rк и Rэ.
кОм,
где IКЗ - ток, определяемый по точке
пересечения прямой АР с осью токов (точка D на рисунке 3).
Принимая
Rэ=(0,l¸0,15)Rк, находим
Ом,
Rэ=Rобщ-Rк=15,7Ом.
2.
Находим сопротивления резисторов Rl, R2. С целью уменьшения влияния делителя напряжения Rl R2 на входной сигнал обычно выбирают
где Rвх- входное сопротивление по
переменному току
Ом.
Значения
Uвхм и Iвхм определяются по входной характеристике (рисунок 4):
Значение
сопротивления резистора R1 можно определить из соотношения
кОм,
полученного
из уравнения напряжений для контура цепи: общая точка – Rэ -эмиттерный переход – R2 - общая точка в предположении, что Uэб <<Eп, а . Из последнего соотношения можно находим значение сопротивления
резистора R2=127 Ом.
3.
Определяем емкость конденсаторов Ср и Сэ:
мкФ,
мкФ,
где: fH - нижняя частота полосы пропускания,
Гц;
Мн
- коэффициент частотных искажений а области низких частот (принимаем Мн=1,2
для упрощения).
1.5
Расчет параметров усилительного каскада на биполярном транзисторе
Используя
графики входной и выходных характеристик, можно найти параметры усилительного
каскада:
а)
Коэффициент усиления по напряжению
раз; KU,дб=20lgKU=48,7 дБ.
б)
Коэффициент усиления по току
раз; Ki,дб=20lgKi=18,41дБ.
в)
Коэффициент полезного действия (КПД):
где: Рн -
мощность нагрузки максимальная (выходная);
Рр - мощность
источника, затраченная на обеспечение режима работы Мощность переменного тока нагрузки
Pн=0,5Uнм×Iнм=0,5∙3∙0,0015=172,5 мВт.
Мощность, затрачиваемая
источником питания на обеспечение режима работы определяется по координатам
точки Р (см. рисунок 3)
Pр=Uкэр×Iкр=4,2∙0,015=63 мВт.
г) Мощность генератора
входного синусоидального сигнала
Pвх=0,5Iбм×Uбэм=0,5∙0,0009∙0,18=81 мкВт.
д) Коэффициент усиления
по мощности
Kр,дб=10lgKр=33,282 дБ.
2. АНАЛИТИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ
ПАРАМЕТРОВ УСИЛИТЕЛЬНОГО КАСКАДА НА ПОЛЕВОМ ТРАНЗИСТОРЕ
Схема усилительного
каскада на полевом транзисторе с управляющими p-n-переходом и каналом
р-типа показана на рисунке 5. Транзистор включён по схеме с общим истоком.
Рисунок 5
- Схема усилительного каскада на полевом транзисторе.
В расчёте используем
упрощённую схему замещения транзистора, показанную на рисунке 5, где обозначены:
g11 - входная проводимость, См;
g12U2 - входной ток, обусловленный влиянием выходной цепи на
входную;
g12 - проводимость передачи напряжения;
g21 ×U1 -выходной ток, обусловленный проводимостью передачи
тока g21;
g22 - выходная проводимость транзистора,
См.
Схема замещения
усилительного каскада показана на рисунке 6. В целях упрощения в схеме
отсутствует проводимость g11 и источник g12U2 ввиду их незначительной величины.
Сопротивления резисторов Rз1 и Rи1 определяется из соотношений:
кОм,
кОм.
где: Rз1 - эквивалентное сопротивление цепи
затвора;
Rн1 - эквивалентное сопротивление
выходной цепи.
Коэффициент
усиления по напряжению определяется по выражению
Коэффициент
усиления по току
Коэффициент усиления по
мощности
Кр=КU ×Кi=∙=687.791 раз.
Входное сопротивление
каскада
Rвх=Rз1=кОм.
Выходное сопротивление
каскада
где: Uxx - напряжение на выходе при разрыве
цепи нагрузки (холостой ход);
Iкз - ток на выходе при коротком
замыкании выводов нагрузки.
Рисунок
6 – Упрощённая схема замещения усилительного каскада на полевом транзисторе
СПИСОК
ЛИТЕРАТУРЫ
1. Полупроводниковые приборы:
транзисторы. Справочник / Под общей редакцией Горюнова Н.Н. - М.:
Энергоатомиздат, 1985. - 904 с.
2. Жеребцов И.П. Основы электроники. -
Л.: Энергоатомиздат, 1989.- 352 с.
3. Опадчий Ю.Ф., Грудкин, О.П., Гуров
А.И. Аналоговая и цифровая электроника. - М.: Горячая линия - Телеком, 2002, -
768 с.