Для построения линии динамической нагрузки находим крайние точки и (рис. 3.5). Из выражения (3.5):

, – для точки .

, – для точки .

Выбираем точку покоя. Для этого рассмотрим характерные участки линии нагрузки. От точки до точки (точка пересечения с характеристикой ) транзистор закрыт, так как на базе нулевой потенциал. От точки до точки транзистор находится в насыщении, т.е. возрастание тока прекращается при полностью открытой базе. Исключив два рассмотренных участка, получаем отрезок , характеризующий рабочее состояние транзистора.

Точку покоя П выбираем посредине отрезка . Это будет справедливо при симметричном входном сигнале. Проекция точки П на оси координат дает значения и _. Характеристика при , проходящая через точку П, дает значение . При необходимости такая характеристика строится аппроксимацией промежутка между двумя рядом стоящими характеристиками (на рис. 3.5 она показана тонкой линией).

Полученную точку П переносим на входные ВАХ. Для этого на входных ВАХ откладываем отрезок и проводим прямую, параллельную оси абсцисс, до пересечения с кривой . Входные ВАХ в справочниках представлены обычно двумя кривыми: первая характеристика соответствует , вторая – . Этими двумя кривыми ограничены все характеристики данного транзистора, поэтому всегда следует обращать внимание на соотношение напряжений и :

1) если > , то точка П выбирается на характеристике, соответствующей ;

2) если < , то необходимо достроить характеристику при и на ней выбрать точку П.

Таким образом, получаем проекцию точки П на ось абсцисс – значение .

Дальше расчет каскада сводится к расчету сопротивлений резисторов , , , . Выбираем произвольно точку вблизи изгиба характеристики при . Тогда

.

(3.6)

Как правило, выполняется соотношение

.

(3.7)

Таким образом, используя уравнения (3.6) и (3.7), можно определить и .

Из рис. 3.3 следует, что

.

(3.8)

Как правило, выполняется соотношение

.

(3.9)

Кроме того, можно записать

.

(3.10)

Следовательно

.

(3.11)

Расчет сопротивления производится по формуле (см. рис. 3.3):

.

(3.12)

3.2. Расчет усилительного каскада по переменному току

Рассмотрим конденсаторы принципиальной схемы усилителя (рис. 3.3).

– разделительный конденсатор; препятствует передаче на вход усилителя постоянной составляющей напряжения входного сигнала, которая может вызвать нарушение режима работы усилителя.

– разделительный конденсатор; пропускает в цепь нагрузки усилителя переменную составляющую напряжения и задерживает постоянную составляющую.

– шунтирует сопротивление по переменному току; отсутствие этого конденсатора привело бы к уменьшению коэффициента усиления каскада.

Так же, как и предыдущий этап, расчет каскада по переменному току производится графоаналитическим методом.

Построим нагрузочную линию по переменному току на выходных ВАХ транзистора. При расчете по постоянному току была построена линия динамической нагрузки с выбранной на ней точкой покоя П. При расчете по переменному току необходимо учитывать, что сопротивление эмиттерной нагрузки зашунтировано конденсатором , поэтому =0 и

.

(3.13)

Значит, нагрузочная линия по переменному току будет проведена через точки и : , – для точки ; , – для точки .

Линия нагрузки по переменному току проходит выше точки покоя П. Для сохранения точки покоя, выбранной на первом этапе расчета, необходимо линию нагрузки параллельным переносом сместить таким образом, чтобы она прошла через точку П.

Полученная обобщенная линия динамической нагрузки показана пунктирной линией на рис. 3.7. Рабочее состояние транзистора отмечено на линии динамической нагрузки точками . На основе графических построений может быть найден коэффициент усиления по напряжению для транзистора в зоне рабочей точки:

.

(3.14)

На этом завершается графическая часть расчета.

Аналитический расчет каскада по переменному току основан на составлении схемы замещения каскада. В основу преобразования принципиальной схемы каскада положены две предпосылки:

1) в области средних частот емкости конденсаторов , , являются бесконечно большими, следовательно, их сопротивление на переменном токе равно нулю;

2) источник питания обладает бесконечной мощностью, следовательно, его внутреннее сопротивление равно нулю.

Нулевое сопротивление источника питания позволяет источник питания заменить перемычкой. Это значит, что последовательно включенные сопротивления и соединяются параллельно, а сопротивление включается параллельно c резистором (при расчете сопротивление нагрузки не учитывается – на рис. 3.8 показано пунктиром). Сопротивление шунтируется конденсатором и на схеме не изображается. Транзистор представлен на рис. 3.8 Т-образной схемой замещения:

– дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода;

– объемное сопротивление базового слоя транзистора;

– дифференциальное сопротивление коллекторного перехода;

– эквивалентный источник тока, характеризующий передачу тока из базовой цепи в коллекторную с коэффициентом передачи .

Задачей данного этапа является нахождение четырех основных параметров каскада , , , .

Определяется входное сопротивление усилительного каскада

,

(3.15)

где – входное сопротивление транзистора.

.

(3.16)

Сопротивление представляет собой сложную цепь из параллельно и последовательно соединенных сопротивлений (рис. 3.8):

.

(3.17)

Так как внутреннее сопротивление источника тока велико и , то этой частью выражения можно пренебречь, поэтому выражение для определения напряжения будет иметь вид:

.

(3.18)

Тогда

.

(3.19)

Сопротивление базы принимаем произвольно в диапазоне Ом.

Сопротивление определяется следующим образом:

.

(3.20)

Коэффициент передачи тока

.

(3.21)

Таким образом, с помощью выражений (3.19) – (3.21) можно определить входное сопротивление транзистора , а затем – входное сопротивление каскада из выражения (3.15).

Выходное сопротивление усилительного каскада

.

(3.22)

Коэффициент усиления по напряжению аналитически можно рассчитать следующим образом:

.

(3.23)