Раздел 1. Методика расчета усилителя напряжения переменного тока Исходные данные

• Источник сигнала представлен эквивалентным генератором напряжения с параметрами: Е_Гm – максимальная амплитуда напряжения холостого хода; R_Гm – внутреннее сопротивление.

• Максимальная амплитуда напряжения на нагрузке – U_нm.

• Эквивалентное сопротивление нагрузки – R_н.

• Нижняя частота усиления – ƒ_н.

• Коэффициент частотных искажений М_н на частоте ƒ_н.

Назначение элементов

Е_Г , R_Г – эквивалент источника сигнала;

R_б1, R_б2 – цепь смещения начальной рабочей точки (точки покоя);

R_к – нагрузка транзистора по постоянному току;

R_э – резистор отрицательной обратной связи (ООС) по току;

R_н – эквивалент нагрузки;

С₁, С₂ – разделительные конденсаторы.

Принцип работы схемы изложен в лекциях.

Методика расчета схемы

1. Определение заданного коэффициента усиления по напряжению:

.

2. Расчет сопротивления резистора коллекторной цепи транзистора:

.

где К_R – коэффициент соотношения сопротивлений R_K и R_H ,

К_R = 1,2 ÷ 1,5 при R_H ≤ 1 кОм;

К_R = 1,5 ÷ 5,0 при R_H > 1 кОм.

Рекомендуется выбирать К_R = 1,5. После расчета номинал R_К выбрать из ряда Е24 (см. приложение).

3. Расчет сопротивления нагрузки транзистора по переменному току:

.

4. Расчет максимальной амплитуды переменного тока коллектора:

.

5. Ток коллектора в начальной рабочей точке (ток покоя):

.

где К_З = 0,7 ÷ 0,95 – коэффициент запаса.

Рекомендуется выбирать К_З = 0,7, что соответствует минимальным искажениям сигнала.

6. Минимальное напряжение коллектор-эмиттер в точке покоя:

.

где U₀ – граничное напряжение коллектор-эмиттер между активным режимом и насыщением.

Выбирается: U₀ = 1 В для транзисторов с Р_к ≤ 150 мВт (маломощные); U₀ = 2 В для других.

7. Напряжение коллектор-эмиттер в начальной рабочей точке (точке покоя)

U_КЭП:

если U_КЭmin < 5 В, то принять U_КЭП = 5 В;

если U_КЭmin ≥ 5 В, то принять U_КЭП = U_КЭmin.

8. Расчет сопротивления резистора ООС:

.

R_Э – округлять в меньшую сторону.

9. Расчет напряжения источника питания:

.

Округляется до целого числа в большую сторону.

10. Выбор транзистора по предельным параметрам из условий:

,

,

,

где - максимальное обратное постоянное напряжение коллектор-эмиттер; - максимальный постоянный ток коллектора; - максимальная мощность на коллекторе транзистора.

В большинстве случаев подходят транзисторы малой мощности (Р_К ≤ 150мВт). Рекомендуется брать транзисторы с h_21Э ≥ 50.

11. Ток базы покоя транзистора:

.

12. Определение напряжения покоя U_бэп. Используем выражение для ВАХ

эмиттерного перехода:

,

где I_Э0 – обратный ток перехода; m – поправочный коэффициент;

m = 1,2 ÷ 3, рекомендуется m = 2.

Для U_бэ > 3 mφ_Т = 150 мВ единицей можно пренебречь. Тогда с учетом зависимости

,

можно получить

,

где φ_Т = 26 мВ.

Напряжение U_бэп может быть также определено по входной характеристике транзистора для активного режима работы в схеме с ОЭ по значению .

13. Ток делителя цепи смещения:

.

14. Расчет сопротивления цепи смещения производится по формулам:

;

.

Далее расчет ведем по переменному току:

15. Эквивалентное сопротивление цепи смещения:

.

16. Расчет входного сопротивления усилителя:

,

где

,

.

17. Расчет разделительных конденсаторов.

Принимаем вклады С₁ и С₂ в частотные искажения на частоте ƒ_Н равными:

;

тогда

;

.

18. Проверка усилителя на соответствие заданному значению коэффициента

усиления по напряжению К_u. Используем для расчета действительного коэффициента усиления точную формулу:

,

где .

Если К_u∂ и К_u расходятся не более, чем на 10%, расчет удовлетворяет заданию.

19. Проверка режима по постоянному току:

Е_П

U_КП = Е_П – I_КП ּR_К

U_ЭП = I_КП ּR_Э

U_бп = U_эп + U_бэп

20. Проверка работоспособности схемы по условиям:

1. U_кп > U_бп - активный режим работы;

2. U _кп – U_бп > U_нm класс

3. I_кп R_к > U_нm усиления А.

21. Построение нагрузочных характеристик по постоянному и переменному токам.

Строим нагрузочные характеристики транзистора по постоянному и переменному токам (рис.2).

Рис. 2. Нагрузочные характеристики транзистора