Задача 2.1.32.

Исходные данные:

Транзистор включен в усилительный каскад по схеме с общим эмиттером. Каскад питается от одного источника напряжения Е. Для подачи смещения в цепи базы используется гасящий резистор. Генератор входного сигнала подключен к базе транзистора через разделительный конденсатор.

Напряжение источника питания Е_К = 9 В

Сопротивление резистора R = 0, 3 кОм = 300 Ом

Ток базы в рабочей точке I_бо = 0, 2 мА

Мощность, рассеиваемая коллектором Р_ктах = 130 мВт = 0, 13 Вт

Амплитуда тока базы I_тБ = 0, 1 мА

Диапазон усиливаемых колебаний 100 Гц - 100 кГц.

Определить:

а) построить линию Р_ктах;

б) по выходным характеристикам найти: постоянную составляющую тока коллектора / _ко; постоянную составляющую напряжения коллектор-эмиттер U_кэ0, амплитуду переменной составляющей тока коллектора I_mк; амплитуду выходного напряжения U_тК=U_ткэ; коэффициент усиленияпо току K_i; выходную мощность Р_ВЫХ; мощность, рассеиваемую на нагрузке постоянной составляющей тока коллектора Р_к0, полную потребляемую мощность в коллекторной цепи Р_о; КПД коллекторной цепи h. Проверить, не превышает ли мощность, выделяемая на коллекторе в режиме покоя Р_к0, максимально допустимую мощность Р_Kmax;

в) с помощью входной характеристики определить: напряжение смещения U_БЭ0 ; амплитуду входного сигнала U_тБЭ, входную мощность Р_ВХ, коэффициент усиления по напряжению К_U и по мощности К_P, входное сопротивление каскада R_ВХ; сопротивление резистора R_Б и ёмкость разделительного конденсатора С_Р. Начертить схему усилительного каскада.

Решение:

Схема усилительного каскада
:

1) Построение линии максимально допустимой мощности на семействе выходных характеристик по формуле:

Рассчитаем значения I_Kmax для U_кэ, равных -7, 5; -10; -15 и -20 В:

2) Рассчитаем уравнение нагрузочной прямой для построения на семействе выходных характеристик:

Если U_кэ = 0, то I_K = 9/300 = 0, 03 А = 30 мА.

Если U_кэ = -9 В, то I_K = 0.

Рабочая точка является точкой пересечения линии нагрузки с характеристикой, соответствующей постоянной составляющей тока базы, равной I_Б0 = 0, 2 мА = 200 мкА.

Рабочей точке Т соответствует постоянная составляющая тока коллектора I_K0 = 20 мА и постоянная составляющая напряжения U_КЭ0 = -2, 8 В.

3) Нагрузочная прямая пересекает зависимость I_K (U_КЭ) при токе базы I_Б = 0, 1 мА при токе коллектора, равном I_K = 10 мА, а при токе базы I_Б = 0, 3 мА при токе коллектора, равном I_K = 30 мА. Амплитуду переменной составляющей тока коллектора определим как среднее этих значений:

мА = 10^-2 А

4) Амплитуда переменного напряжения на нагрузке:

В

5) Коэффициент усиления по току:

6) Выходная мощность:

Вт = 15 мВт

7) Полная потребляемая мощность в коллекторной цепи:

Вт = 180 мВт

8) Мощность, рассеиваемая на коллекторе постоянной составляющей коллекторного тока:

Вт = 56 мВт

9) КПД коллекторной цепи:

= 8, 3 %

10) P_{K 0} < P_Kmax, т. к. 56 мВт < 130 мВт, следовательно, режим работы допустимый.

11) Рассмотрим входную характеристику:

В качестве рабочей входной характеристики примем одну из статических характеристик, соответствующую активному режиму, а именно характеристику, снятую при U_KЭ=-5 B.

Из графика находим, что | U_БЭ0 | = 0, 57 В при I_{Б 0} = 0, 2 мА.

12) По условию I_mБ = 0, 1 мА, I_{Б 0} = 0, 2 мА, следовательно,

U_БЭ = 0, 525 В при I_Б = 0, 2 – 0, 1 = 0, 1 мА

и U_БЭ = 0, 595 В при I_Б = 0, 2 + 0, 1 = 0, 3 мА.

Амплитуда входного напряжения:

В = 35 мВ

13) Модуль коэффициента усиления по напряжению:

14) Коэффициент усиления по мощности:

15) Входная мощность:

Вт = 1, 75 мкВт

16) Входное сопротивление:

Ом

17) Сопротивление резистора:

Ом = 42, 15 кОм

18) Ёмкость конденсатора CP определяется из условия:

,

где w _Н – низшая рабочая частота.

Следовательно,

Ф = 0, 378 мкФ

Ответ: I_K0 = 20 мА, U_КЭ0 = -2, 8 В, I_mK = 10^-2 А, U_mКЭ = 3 В, K_i = 100,
Р_ВЫХ = 15 мВт, Р ₀ = 0, 18 Вт, Р_{К 0} = 56 мВт, h = 8, 3 %, U_БЭ0 = -0, 57 В, U_mБЭ = 35 мВ,

Р_ВХ = 1, 75 мкВт, , , R_ВХ = 42, 15 кОм, C_P = 0, 378 мкФ.