2.4. Расчет резисторов

По выходной ВАХ транзистора определим границу режима насыщения В.

Запас для ухода рабочей точки из-за термонестабильности В.

Амплитуда неискаженного выходного сигнала В.

Тогда напряжение коллектор-эмиттер в рабочей точке В.

Источник питания – источник ЭДС с напряжением 20В.

U_Е = 2U_вых

Ток рабочей точки I_A > I_~ + I_к0, где

I_к0 = 3 мА – тепловой ток,

I_~ = = 3

I_A>12 мА.

Выберем точку, лежащую на характеристике, ей соответствует ток I_A =15,5 мА.

Проведем нагрузочную прямую для постоянного тока через точки (0, Е_пит) и (U_кэа, I_а).

Из построенной нагрузочной прямой можно определить:

R₌ = = R_э+R_к

R₌ = Ом

Пусть R_к = 4 R_э= > R_э= 160 Ом

R_к = 4*R_э= 640 Ом.

Округлим значение R_к до чиселв из ряда Е24:

R_к=620 Ом

Для построения нагрузочной прямой по переменному току необходимо рассчитать величину R_~ равную R_к || R_н и, задавшись приращением напряжения в 1В, определить соответствующее ему приращение тока: I = 1 / R_~.

R_~ = = 409 Ом

I = 2 мА

Исходя из рассчитанных данных, построим нагрузочные прямые по постоянному и переменному токам: а также отметим на графике область работы транзистора по допустимой мощности. Можно пренебречь линиями Ik доп и Uкэ доп ,т к I_{к макс} << I_{к доп} ,а < <U_{кэ доп} .

Рис 4.Нагрузочные прямые по постоянному и переменному току.

По графику видно, что нагрузочные прямые лежат ниже линии допустимой мощности: то есть транзистор в данном режиме не выйдет из строя вследствие перегрева. Пределы измерения токов лежат много ниже допустимого значения тока 200 мА. Максимально возможное напряжение ограничено напряжением источника питания и не превышает 50 В.

Найдём R1 и R2

1. Из условия термостабильности рабочей точки можно вывести следующую формулу:

– R_э, где

I_{к доп} = U_T / R₌=0.00125А,

I_бА = I_А / =0.00014А,

∆ = _max – =75,

= – ξ T=-0.06 В, ξ = 1 мВ/◦С, T=60 – максимальное отличие температуры от нормальной.

R_б ≤ 3.354 кОм

Величина R_б оказалась больше нуля, следовательно, нам удалось обеспечить термостабильность.

2. Из условия стабильности положения рабочей точки была выбрана величина U_T, тогда можно найти:

I_к = U_T / R₌=0.00125 А.

I_к = I_к1 + I_к2, где

I_к1 = ξ T / R_э=0.000375 А – уход рабочей точки из-за влияния температуры,

ξ = 1 мВ/◦С.

I_к2 = 0.000875 А.

I_к2 = – уход рабочей точки из-за технологического разброса параметра ,

где

∆ β = β_max – β=75,

= = 0.10014, а

I_А – значение тока коллектора.

Отсюда найдем R_б = 1920 Ом.

3. Из условия I₁ >> I_бА , I₂ >> I_бА , где I_бА = I_А / . Тогда можно принять I₁ = 10 I_бА , и с помощью уравнений, составленных по законам Кирхгофа:

I₁ = I₂ + I_бА

= U_бэ + I_э R_э = 0.7 + ( ) I_бА R_э

= I₂ R₂

E_п = I₁ R₁ + I₂ R₂

I₁=0.0014

I₂= 0.00126

= 3.5224

Из этой системы уравнений выразим и найдем R₁ и R₂

R₁ = 11770 Ом

R₂ = 2795 Ом

Округлим значения до чисел из ряда Е24:

R₁ = 12 кОм и R₂ = 2.7 кОм

Расчет рабочего режима

R₌ =800 Ом

R э=160 Ом

R₂ =2.7 кОм

R₁=12 кОм

U_бэ= 0.7В

В

Рабочую точку можно найти из следующей системы уравнений:

R_б = R₁ || R₂=2204 Ом

R_см = R_б + R_э (1+ )=2204+160*(1+125)=22364 Ом

E_см = E_п =3,67 В

I_к = I_б

– E_см= – U_бэ + I_б R_см,

– E_п= – U_кэ + I_к R₌

Отсюда:

I_б =-0.000132 А

U_кэ =6.72 В

I_к =-0.0165 А

Рабочая точка строится по координатам А5 (I_к ,U_кэ).

По данной выходной характеристике видно, что точки А5 и А практически совпадают.

Рис 5. Рабочая точка, полученная в результате расчета рабочего режима.

Расчет возможного ухода рабочего тока

R₌ = 800 Ом

R_б = 2204 Ом

I_к =0.0165 А

I_к = I_к1 + I_к2

I_к1 = / – уход р.т. из-за влияния температуры.

I_к2 = – уход р.т. из-за технологического разброса значений параметра , где

∆ β = β_max – β =75,

= =0.0677.

I_к2 = =0.000982 А.

I_к1 = ξ T / R_э =0.000026 А

U_T = I_к R₌=0.80 В

U_T (выбранное нами)> U_T(рассчитанное в этом пункте) следовательно можно продолжать расчет.

Графический расчет рабочего режима

I_к =6.25 мА

I_б=50 мкА

h₂₁ = I_к / I_б=125

β= 125 = h₂₁

R_см = R_б + R_э (1+ )=2204+160*(1+125)=22364 Ом

E_см = E_п =3,67 В

E_см = U_бэ + I_б R_см – уравнение нагрузочной прямой на входных характеристиках.

Рис 6. Нагрузочная прямая на входных характеристиках.

U_бэА= 750 мВ, I_бА= 212 мкА.

E_п=20 В, R₌=800 Ом

E_п= U_кэ + I_к R₌ -уравнение нагрузочной прямой на выходных характеристиках.

Определение параметров малосигнальной схемы замещения транзистора

Малосигнальные параметры транзистора можно определить по приближенным формулам:

h₁₁ = = 0.05/0.000180=277.77 Ом

h₂₁ = = 0.00625/0.00005=125

Определение основных параметров каскада

Для начала, необходимо разделить R_э на два сопротивления: R_э1 и R_э2

Введем обозначение: x = .

Приравняем выражение к K_uТЗ и выразим отсюда X.

Х= 9242.619=> R_э1=71.14 Ом, R_э2= R_э- R_э1=85.86Ом.

Округлим по номинальному ряду Е24: R_э1=68 Ом и R_э2=82 Ом

Используя формулы определения основных параметров каскада, найдем следующие значения:

= -8.761

R_ВЫХ ≈ R_К=620 Ом, =0.659

=1940Ом, =0,563

И сами значения:

K_e0 = K_uХХ∙ ∙ = -3,25

R_вх=1940 Ом

R_вых=620 Ом

Расчет конденсаторов

R_вх=1940 Ом

R_вых=620 Ом

Постоянную времени усилителя для диапазона низких частот τ_Н можно определить по формуле:

, где

,

,

= 9.29 Ом.

Учитывая, что

= 0.003185 с, а f_Н =50 Гц – задана в ТЗ, можно принять

, , .

Тогда можно определить С_Р1 и С_Р2 и С_Э имея в виду, что

= 2.78 мкФ,

=5.25 мкФ,

= 134 мкФ.

Округлим по номинальному ряду Е24:

С_р1=2.7 мкФ

С_р2=5,1 мкФ

С_э=130 мкФ

Определение верхней границы полосы пропускания каскада

Постоянную времени усилителя для диапазона высоких частот τ_В можно определить по формуле:

, где

_вх=С_вх(R_вх||R_г) = 0.000000013 с, С_вх= =0.0155 нФ

_вых=С_{н экв}(R_н׀׀R_вых)= 0.0000020 с, С_{н экв} = С_н + С_к * = 0,5035 нФ

_т = = 29 нc.

= 0.0000020 с.

Определим = 98 кГц

Сравним с f_вТЗ = 14 кГц.

Явно видно, что мы не нарушаем верхнюю границу.

3.Перечень элементов (спецификация)

№	Поз.	Название	Кол-во	Примечание
		Резисторы
1	R1	SQP 5 Вт 12 кОм± 5 %	1
2	R2	С2-23-0.25Вт-2.7кОм ± 1 %	1
3	Rэ1	CF-25 (С1-4) 0.25 Вт, 68 Ом± 5 %	1
4	Rэ2	С1-4 0.5 вт-82Ом ± 5 %	1
5	Rk	MO-200 (С2-23) 2 Вт, 620 Ом± 5 %	1
		Конденсаторы
6	Ср1	B25811-J275 -G1, MKV 2.7 мкФ 125v (-20..80)%	1
7	Ср2	К73-17, 5.1 мкФ, 400 В ± 5 %	1
8	Сe	330В d14h26 105C 130мкФ (-40..105)%	1
		Транзисторы
9	VT	2N915	1