Расчет транзисторного усилителя по схеме с общим эмиттером

Расчет транзисторного усилителя по схеме с общим эмиттером

Рассчитать каскад транзисторного усилителя напряжения, принципиальная схема которого изображена на рис. 1.

Рис. 1.

Исходные данные: 1) напряжение на выходе каскада (напряжение на нагрузке); 2) сопротивление нагрузки; 3) нижняя граничная частота; 4) 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; 2) режим работы транзистора; 3) сопротивление коллекторной нагрузки; 4) сопротивление в цепи эмиттера;5) напряжение источника питания; 6) сопротивления делителя напряжения и стабилизирующие режим работы транзистора; 7) емкость разделительного конденсатора; 8) емкость конденсатора в цепи эмиттера; 9) коэффициент усиления каскада по напряжению.

Расчет транзисторного усилителя по схеме с ОЭ:

Определяем значение сопротивления.

Задаемся начальным значением, которое обычно принимают для повышения коэффициента усиления большим, чем в раз.

Определяем значение сопротивления Для обеспечения термостабилизации режима покоя транзистора значение сопротивления должно быть как можно больше. Но его увеличение приводит к уменьшению падения напряжения на сопротивлении, а следовательно к уменьшению коэффициента усиления транзисторного усилителя. Поэтому принято выбирать значение в пределах .

Примечание. Полученные значения сопротивлений и уточняем из параметрического ряда сопротивлений Е24.

R_K = 1500 Ом.

R_Э = 240 Ом Выбираем тип транзистора.

а) Определяем предельно-допустимый ток.

.

где — наибольшая возможная амплитуда тока нагрузки; наибольший допустимый ток коллектора, приводится в справочниках, — амплитуда выходного напряжения.

б) Определяем предельно-допустимое напряжение коллектор-эмиттер.

Выбор предельно-допустимого напряжения коллектор-эмиттер производится по напряжению питания усилителя.

.

где — наибольшее допустимое напряжение между коллектором и эмиттером приводится в справочниках.

Но поскольку напряжение питания нам предстоит еще определить, то воспользуемся приближенной формулой его расчета:

Выбираем транзистор МП26.

• в) Для выбранного типа транзистора выписываем из справочных данных 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 превышает область нелинейных искажений в режиме отсечки.

Напряжение покоя определяем из 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 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 .

Уравнение для определения напряжения источника питания примет вид:

По полученному значению напряжения питания выбираем стабилизированный источник питания.

Например. К142ЕН11 имеет В. Принимаем В.

Строим линию нагрузки и определяем режим работы транзистора.

Режим работы транзистора по постоянному току определяется по нагрузочной прямой, построенной на семействе выходных статических (коллекторных) характеристик для схемы с ОЭ. Нагрузочная прямая строится по двум точкам: точка покоя (рабочая) и, определяемая значением напряжения источника питания. Координатами являются ток покоя и напряжения покоя .

Координаты точки :

Определяем положение рабочей точки по значению тока базы, полученной для рабочей точки на выходной характеристике.

Строим линию нагрузки по переменному току, которая проходит через точку и точки 1, 2.

Координаты точки 1:

Координаты точки 2:

На входной статической характеристике для схем ОЭ (рис. 3, б) откладываем точки и по значениям и, найденных на выходной характеристике. Определяем значение и наибольшие амплитудные значения входного напряжения, необходимые для обеспечения заданного значения .

Примечание. Производим проверку:

— рабочая точка при изменении выходного напряжения не заходит за область недопустимых значений определяемую предельно-допустимой мощностью Р_кдоп:

Координаты точки (а): (Uкэ=13; Iк=15).

Координаты точки (b): (U_кэ=9; I_к=22).

Координаты точки (с): (U_кэ=5; I_к=40).

— точки и на входной характеристике должны находиться на линейном участке.

Точка (П'): П'= I_бп = к_п*ДI_б=7,3*0,1 = 0,73 мА;

Точка (1'): 1' = I_б1 = к₁* ДI_б = 13,5*0,1 = 1, 35 мА;

Точка (2'): 2' = I_б2 = к₂* ДI_б = 1,6*0,1 = 0,16 мА;

Определяем входное сопротивление транзисторного каскада переменному току (без учета делителя напряжения и):

Рассчитываем сопротивления делителя и. Для уменьшения шунтирующего действия делителя на входную цепь каскада по переменному току принимают .

По приложению 1 получаем: R₁₋₂=13 000 Ом Тогда, ,.

Примечание. Выбирать из параметрического ряда номиналов сопротивлений Е24 сопротивления:

R₁=130 000.

R₂=15 000.

Коэффициент нестабильности работы каскада.

где наибольший возможный коэффициент усиления по току выбранного типа транзистора.

Для нормальной работы каскада коэффициент нестабильности не должен превышать нескольких единиц.

Определяем емкость разделительного конденсатора :

; ,.

выходное сопротивление транзистора, определяемое по выходным статическим характеристикам для схемы ОЭ. В большинстве случаев «, поэтому можно принять ;

Находим емкость конденсатора.

.

Выбираем из параметрического ряда для емкостей номиналы конденсаторов и .

Рассчитываем коэффициент усиления каскада по напряжению.

.

Примечание. Приведенный порядок расчета не учитывает требований на стабильность работы каскада.

• 1. Полупроводниковые приборы: транзисторы. Справочник/Под ред. Н. Н. Горюнова,-М.: Энергоатомиздат, 1983.
• 2. Лавриненко В. Ю. Справочник по полупроводниковым приборам. Киев: Техника, 1980.
• 3. Справочник радиолюбителя-конструктора, — М.: Энергия, 1977.
• 4. Транзисторы для аппаратуры широкого применения. Справочник/Под ред. Б, Л. Перельмана, — М.: Радио и связь, 1981.