3.2. Задание для расчета

1. Разработайте схему резистивного усилителя напряжения с общим эмиттером (далее: усилитель).

2. По справочнику выберите тип биполярного транзистора.

3. Дайте в масштабе диаграмму работы усилителя.

4. Определите напряжение питания коллекторной цепи Е_К.

5. Рассчитайте сопротивление нагрузки в коллекторной цепи и сопротивление резистора в цепи базы.

6. Рассчитайте мощность Р_0к, которая рассеивается коллектором, сравните её с максимально допустимой мощностью Р_к max и сделайте выводы о правильности выбора транзистора.

7. Рассчитайте выходную полезную мощность Р_вых и мощность затрат Р_затр.

8. Определите коэффициент полезного действия (кПд).

9. Определите коэффициенты усиления напряжения К_u, тока К_i и мощности К_Р.

10. Найдите входное сопротивление.

11. Приведите в масштабе временную диаграмму работы усилителя. (Сверху – эпюра входного напряжения, снизу – выходного). Размещение эпюр входного и выходного напряжений в разных столбцах или на разных страницах не допустимо.

3.3. Исходные данные

1. Амплитуда входного напряжения U_{m вх} = 0,05 (1 + 0,1N) В.

2. Амплитуда выходного напряжения U_{m вых} = (7 + 0,3m) В.

Здесь и далее: m – предпоследняя, n – последняя цифры номера зачётной книжки.

3.4. Выполнение расчета

3.4.1. Разработка схемы

Схема усилителя с общим эмиттером показана на рис. 3.4.

І_к

R_б

C_р1

І_б

U_бэ

Е_К

U_кэ

C_р2

R_к

Рисунок 3.4 – Схема усилителя

с общим эмиттером

Далее необходимо объяснить все обозначения на схеме; например,

U_вх – входное напряжение, которое необходимо усилить;

U_вых – выходное усиленное напряжение;

R_б – …..

R_к – ….. и т.д.

3.4.2. Выбор транзистора

1. Транзистор выбирается по максимально допустимому напряжению коллектор-эмиттер U_{кэ max}, значение которого указывается в справочниках.

Расчетное значение напряжение питания коллекторной цепи для выбора транзистора равно

Е_{К расч} = 2 U_{m вых}+ 2 U_{кэ нас},

где U_{кэ нас} – напряжение насыщения транзистора, которое указано в справочнике и равно примерно 1 ... 2 В.

2. Должно выполняться неравенство: Е_{К расч} < U_{кэ max}.

3.4.3. Построение диаграммы работы усилителя

1. Для выбранного транзистора снимаем входную вольтамперную характеристику (ВАХ) I_б = f(U_бэ) и выбираем на ней значение минимального тока базы I_б min, отсекая наиболее нелинейный участок входной ВАХ, как показано на рис. 3.3. Как правило, минимальное значение тока базы I_б min соответствует, указанному на нижней выходной ВАХ.

2. На входной характеристике находим точку с координатами (U_бэ min, I_б min). Для этого значение I_б min проецируем на входную ВАХ, находим точку 1, а затем точку 1 проецируем на ось напряжения U_бэ и находим значение U_бэ min, как показано на рис. 3.3.

3. Затем на входной ВАХ находим рабочую точку с координатами (U_0бэ, I_0б), рассчитав напряжение база-эмиттер по формуле

U_0бэ = U_{бэ min} + U_{m вх}

и определив по входной характеристике соответствующее значение тока базы I_0б.

4. Далее на входной характеристике находим точку 2 с координатами (U_бэ max, I_б max), рассчитав максимальное напряжение база-эмиттер в точке 2 по формуле

U_{бэ max} = U_{бэ min} + 2U_{m вх}

и определив по входной характеристике соответствующее значение тока базы I_б max.

5. На эпюре напряжения U_вх(t) вокруг напряжения покоя U_0бэ размещаем синусоиду без искажений с заданной амплитудой U_{m вх}.

6. Вычерчиваем выходные вольтамперные характеристики для токов базы I_{б min}, І_0б и І_{б max}, значения которых обозначены на входной ВАХ соответственно в точках 1, РТ, 2 (рис. 3.3).

7. На выходных характеристиках находим точку 3 линии нагрузки. Для этого выбираем значение напряжения U_{кэ min} и проецируем его на выходную характеристику для тока базы І_{б max}.

напряжение U_кэ min должно отсекать наиболее нелинейный участок выходных ВАХ транзистора. Поэтому значение напряжения U_кэ min следует выбирать таким, чтобы точка 3 была бы как можно ближе к оси ординат I_к, но правее точки перегиба характеристики для тока І_б max, т.е. на возможно линейном участке выходной характеристики.

6. На выходных характеристиках находим точку 4 линии нагрузки, проецируя максимальное напряжение U_{кэ max} = U_{кэ min} + 2U_{т вых} на выходную характеристику для тока базы І_{б min}.

7. Через точки 3 и 4 проводим линию нагрузки до пересечения с осями координат U_кэ и I_к. Обозначаем рабочую точку РТ, которая находится на пересечении ВАХ, соответствующей току базы I_0б, и нагрузочной прямой. Проецируя рабочую точку РТ на ось напряжения U_кэ (ось абсцисс), находим напряжение U_0кэ.

8. Проецируя точки 3, РТ, 4 на ось тока I_к (ось ординат), находим значения соответствующих токов: I_{к max}, I_0к, I_{к min}.

9. В пределах минимальных и максимальных значений тока коллектора и напряжения коллектор-эмиттер размещаем их эпюры, как показано на рис. 3.3. Из-за нелинейности входной и выходной вольтамперных характеристик транзистора, форма выходного сигнала отличается от гармонического. Это свидетельствует о наличии в усилителе нелинейных искажений.