Выбор рабочей точки каскада

Выбор транзистора

f_ПР > f_В/(М_Н - 1) ^1/2,

f_пр > 300000/(1, 41-1)^1/2; f_пр > 0, 47 МГц

U_КЕДОП > 1.5 Е_К,

U_КЕДОП > 1, 5∙ 28 В; U_КЕДОП > 42 В

Исходя из таблицы, выбираем транзистор

Выбор рабочей точки каскада

Вхідні характеристики показують залежність струму бази (IБ) від напруги між базою та емітером (UБЕ), при постійній напрузі, прикладеній до колектору (UКЕ). Вхідні характеристики слабко залежать від напруги на колекторі, тому на малюнку приведено три залежності (при UКЕ = 0В, 5В та 10В).

Вихідні характеристики показують залежність струму колектору (IК) від напруги між колектором та емітером (UКЕ) при постійному значенні струму бази (IБ). Вхідні характеристики наводяться для 5 значень струму бази (IБ = 0мА, 10 мА. 20мА, 30 мА та 40 мА).

2.1.Побудова навантажувальної характеристики на сімействі вихідних характеристик

I_К=28/1000=28 мА,

U_КЭ=28 В.

2.2.Вибір робочої точки на сімействі вихідних характеристик транзистора

u_0КЭ = 5 В

i_0К = 20 мА

i_0Б = 10 мА

2.3.Вибір робочої точки на сімействі вхідних характеристик транзистора.

u_0КЭ = 5 В

u_0БЭ = 0.49В

I_Б = i_0Б = 10 мА

3. Визначення опору резистору R_К

R_К=(5... 10) R_Н.

R_К= 5* R_Н = 5000 Ом = 5 кОм

Округлюємо до найближчого стандартного номінального значення: R_К= 5.1 кОм.

4. Визначення еквівалентного опору каскаду

R_ЕКВ=R_ТВИХ/(1+R_ТВИХ/ R_К + R_ТВИХ/R_Н), (1)

де R_ТВИХ - вихідний опір транзистора, що визначається по вихідній статичній характеристиці біполярного транзистора в робочій точці.

4.1. Визначення вихідного опору транзистора.

R_ТВИХ=∆ U_ВИХ/∆ I_ВИХ.

R_ТВИХ = (15-2)/((40-18)*10^-3) = 590 Ом

R_ЕКВ = 590/(1+ 590/5100 +590/1000) = 345.8 Ом

4.2. Перевірка R_ЕКВ з умови допустимих частотних спотворень у галузі високих частот

R_ЭКВ < (M_В ² - 1) ^1/2/2π F_В C_Н. (2)

R_ЭКВ < (1.41*1.41 -1) ^1/2/2π * 0.3*10⁶ *20*10^-12

R_ЭКВ < 26.7 кОм

Умова (2) виконується.

5. Визначення коефіцієнту підсилення каскаду по напрузі.

К_U=β R_ЕКВ/R_ТВХ (3)

де R_ТВХ - вхідний опір транзистора в робочій точці; β - статичний коефіцієнт підсилення по струму в схемі з загальним емітером.

5.1. Визначення R_ТВХ по вхідним характеристикам транзистора в робочій точці

Вхідний опір транзистора R_ТВХ показує, як змінюється напруга на вході транзистора при зміні вхідного струму, та дорівнює відношенню зміни вхідної напруги ∆ U_ВХ до зміни вхідного струму ∆ I_ВХ, що визвав цю зміну:

R_ТВХ=∆ U_ВХ/∆ I_ВХ.

R_ТВХ= (0.6 – 0.4)/((30 - 1) *10^-3)= 6.9 Ом.

5.2.Визначення статичного коефіцієнту підсилення по струму в схемі з загальним емітером.

β = ∆ I_ВИХ/∆ I_ВХ.

I_Б1 = 0 мА I_Б2 = 20 мА I_К1 = 20 мА I_К2 = 38 мА

Тоді величина β транзистора в робочій точці буде дорівнювати

β = ∆ I_ВИХ/∆ I_ВХ=(I_К2 - I_К1)/(I_Б2 - I_Б1).

β = (38-20)/(20-0) = 0, 9.

Після визначення статичного коефіцієнту підсилення транзистора β та його вхідного опору R_ТВХ, знаходимо по формулі (3) значення коефіцієнту підсилення каскаду по напрузі.

К_U=β R_ЕКВ/R_ТВХ = 0, 9 * 345, 8 / 6.9 = 45, 1

5.3. Перевірка достатності підсилення каскаду

Після визначення розрахункового коефіцієнту підсилення каскаду по напрузі необхідно перевірити, чи забезпечує проектований каскад достатнє підсилення по напрузі. Для цього необхідно порівняти розрахункову величину підсилення з необхідною.

Необхідний коефіцієнт підсилення каскаду по напрузі К_Н визначимо як відношення заданих вихідного U_ВИХ та вхідного U_ВХ напруг:

К_U > К_Н = U_ВИХ/U_ВХ. U_ВИХ = 27, 2 В, U_ВХ = 22, 3 А

К_U > 27, 2/22, 3

К_U > 1, 22

Умова К_U > К_Н виконується - проектований каскад забезпечує достатнє підсилення по напрузі.

6. Визначення ємності розділових конденсаторів

Мінімальна величина ємності розділових конденсаторів С1 та С2 визначається по формулі:

С1 (С2) > 1/[2π F_H (R_К+R_H) (M_H² - 1) ^1/2].

Знайдену величину ємності розділових конденсаторів С1 та С2 округляють до найближчого стандартного номінального значення.

С1 (С2) > 1/[2*3, 14 * 1* 10⁶ * (5100 + 1000) (1.41*1.41 - 1) ^1/2 ],

С1 (С2) > 2, 6 * 10^-6 Ф

Округлюємо до найближчого стандартного номінального значення:

С1 (С2) > 2, 7 * 10^-6 Ф.

7. Розрахунок елементів схеми термостабілізації

Особливістю напівпровідникових транзисторів є дуже сильна залежність концентрації носіїв зарядів від температури p-n переходів. Наслідком цього є температурна залежність робочих струмів біполярного транзистора та його вольт-амперних характеристик.

Температурна нестабільність режиму каскаду зумовлена головним чином тепловим зсувом характеристик та температурною залежністю зворотного струму колектора.

7.1.Розрахунок еквівалентної напруги теплового зміщення

Статичні характеристики транзистора при збільшенні температури зсуваються вбік більших струмів. Величина цього зсуву характеризується величиною δ _Т, що носить назву коефіцієнт температурного зсуву характеристик.

Для величин колекторних струмів у діапазоні температур --600...+600 С як для германієвих, так і кремнієвих транзисторів значення коефіцієнту температурного зсуву характеристик лежить в межах δ _Т =(2 – 3) мВ/град.

Дослідження показують, що зміна температури эмітерного переходу біполярного транзистора еквівалентна зміні напруги зміщення ∆ U_Т бази транзистора:

∆ U_Т= δ _Т (Т_МАХ - Т_МIN), (4)

де Т_MAX і Т_MIN - максимальна та мінімальна температури p-n переходів транзистора.

∆ U_Т= 2 мВ/град * (100-10) град = 180 мВ