Расчет транзисторного усилителя по схеме с общим эмиттером

Содержание

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);

) сопротивление нагрузки ;

) нижняя граничная частота ;

) 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;

) режим работы транзистора;

) сопротивление коллекторной нагрузки ;

) сопротивление в цепи эмиттера;

) напряжение источника питания ;

) сопротивления делителя напряжения  и  стабилизирующие режим работы транзистора;

) емкость разделительного конденсатора ;

) емкость конденсатора в цепи эмиттера ;

) коэффициент усиления каскада по напряжению.

Расчет транзисторного усилителя по схеме с ОЭ

1. Определяю значение сопротивления  для повышения коэффициента усиления  Ом.

. Определяем значение сопротивления

Выбираем значение  в пределах

.

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

. 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.

. 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).

_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 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. К142ЕН9В имеет  В. Принимаем  В.

. 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;

);

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*ΔI_б=3,2*25*10^-6 = 0,08 мА;

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

Точка (2’): 2’ = I_б2 = к₂* ΔI_б = 1,1*25*10^-6 = 0,03 мА;_вхт = I_бт= I_бп-I_б2 = 0,13-0,03 = 0,107 мА;_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 ,