методика расчета

Расчет усилителя

Методика расчета усилителя на транзисторе

1.1. Исходные данные:

Для усилительного транзисторного каскада (рис.1):

1. Выбрать транзистор, определить на­пряжение источника питания , рассчитать сопротивление резисторов и выбрать их номиналы.

2. Найти амплитуды напряжения и тока базы , , коэффициенты усиления каскада по току, напряжению и мощ­ности , , и амплитуду напряжения источника сигнала .

3. Определить h-параметры, h_11Э, h_21Э в рабочей точке транзисторного каскада, его входное и выходное сопротивле­ния и .

4. Рассчитать емкости конденсаторов, выбрать их номи­нал.

Рис. 1. Принципиальная электрическая схема усилительного каскада.

методика расчета

1. Рассчитать сопротивление резистора коллекторной цепи транзистора R_K:

,

где К_R – коэффициент соотношения сопротивлений R_н и R_к.

К_R = 1, 2÷ 1, 5 при R_н ≤ 1кОм;

К_R = 1, 5÷ 5, 0 при R_н > 1кОм.

Номинал резистора R_K выбирается из справочника.

2. Определить эквивалентное сопротивление нагрузки каскада

.

3. Найти амплитуду коллекторного тока транзистора:

.

4. Определить ток покоя (ток в рабочей точке) транзистора

,

где k_з – коэффициент запаса.

k_з =0, 7÷ 0, 95,

k_з = 0, 7 – максимальные нелинейные искажения,

k_з = 0, 95 – максимальный КПД.

5. Мощность рассеивания резистора R_K выбирается из условия:

.

6. Рассчитать минимальное напряжение коллектор-эмиттер врабочей точке транзистора:

,

где U₀ – напряжение коллектор-эмиттер, соответствующее началу прямолинейного участка выходных характеристик транзистора, В;

U₀ = 1В – для транзисторов малой мощности (P_К ≤ 150 мВт):

U₀ = 2В – для транзисторов большой и средней мощности (P_К > 150 мВт).

Если U_{кэп min} меньше типового значения U_кэп = 5В, то следует выбрать U_кэп = 5В, в противном случае

U_кэп = U_{кэп min}.

7. Рассчитать напряжение источника питания

,

значение расчетного напряжения U_n округлить до ближайше­го целого числа.

8. Определить и выбрать номинал сопротивления резистора эмиттерной цепи транзистора:

.

9. Найти мощность рассеивания резистора R_э: ..

10. Выбрать транзистор из справочника по параметрам:

а)максимально допустимое напряжение коллектор-эмит­тер

U_{кэ доп} ≥ U_n;

б) максимально допустимый средний ток коллектора

I_{к доп} > I_кп U_кп ,

в) максимальная мощность рассеивания па коллекторе Р_{к тах} при наибольшей температуре окружающей среды Т_т.

Р_{к тах} > I_кп;

Р_{к тах} находится по формуле:

,

где Р_{к доп} – максимально допустимая мощность рассеивания на коллекторе при температуре окружающей среды Т ₀, Вт;

Т_{п тах} – максимальная температура перехода, °С;

Т ₀ – температура окружающей среды, при которой нормируется Р_{к доп}, 25°С;

Р_{к доп}, Т_{п тах} – справочные величины.

11. Вычертить входные и выходные характеристики выбранного транзистора.

Рис.2. Входная характеристика транзистора.

Рис.3. Выходная характеристика транзистора.

12. На выходных характеристиках транзистора построить нагрузочную прямую постоянного тока по точкам А, В с координатами (рис. 3)

точка А U_кэ = 0, ,

точка В U_кэ = U_п, I_к = 0.

13. На пересечении нагрузочной прямой и прямой I_к = I_кп нанести рабочую точку С. Уточнить напряжение U_кэ в рабочей точке (U_кэп = U_кэ в точке С).

14. Определить ток базы I_бп транзистора в точке С (рабочей точке).

15. На входную характеристику (рис. 2) нанести рабочую точку С - пересечение входной характеристики (при U_кэп) и прямой I_б = I_бп. Определить U_бэп .

16. Выбрать ток, протекающий через базовый делитель:

I _д = (5÷ 10) I_бп

17. Рассчитать сопротивления и выбрать номиналы резисторов базового делителя R_б1, R_б2:

; .

18. Найти мощность рассеивания резисторов базового делителя:

; .

19. Найти эквивалентное сопротивление базового делителя.

.

20. Определить по входным характеристикам транзистора его входное сопротивление в рабочей точке; за­дать приращение h_11э около рабочей точки С, найти соответ­ствующее ему приращение базового тока. Вычислить

.

21. По выходным характеристикам транзистора определить коэффициент передачи тока транзистора h_21э. Найти приращение коллекторного тока и соответствующее ему приращение базового тока при пересечении прямой U_кэ = U_кэп соседних от рабочей точки С выходных характеристик:

.

22. Определить входное сопротивление каскада:

23. Найти выходное сопротивление каскада:

.

24. Построить на выходных характеристиках транзистора на­грузочную прямую по переменному току, которая проходит через рабочую точку С и имеет наклон (рис. 3 ):

.

25. Нанести на выходные характеристики транзистора ампли­туды коллекторного тока и напряжения (рис. 4), определить амплитуду базового тока . На входных характеристиках (рис. 3) показать амплитуды базового тока и входного напряжения транзистора .

26. Определить коэффициенты усиления каскада по току, на­пряжению и мощности :

;

.

27. Рассчитать амплитуду напряжения источника сигнала:

.

28. Частотные искажения в области нижних частот вносятся разделительными конденсаторами С_р1, С_р2 и С_э. Рекомендуется частотные искажения и об­ласти нижних частот равномерно распределить между конден­саторами С_р1, С_р2 и С_э.

29. Рассчитать емкость конденсатора С_р1:

выбрать тип конденсатора и номинал емкости конденсатора С_р1 из справочника.

30. Определить емкость конденсатора С_р2 и выбрать тип конденсатора и его номинал.

31. Рассчитать емкость конденсатора С_э и выбрать тип конденсатора и его номинал:

.

32. Выбрать допустимое напряжения конденсаторов по справочнику. Оно не должно превышать напряжения, прикладываемые к конденсатору.