Динамический режим расчета биполярного транзистора в схеме с реостатно-емкостной связью

Исходные данные для расчета: U_вых.м; R_h; f_H; М_н; Eп.

1. Выбирают тип транзистора, руководствуясь следующими соотношениям:

U_кэдоп ≥ (1,1 ÷ 1,3) Eп;

I_кдоп > 2I_н.м. = 2 U_вых.м / R_h;

Где I_н.м.. - наибольшая возможная амплитуда тока на нагрузке.

2. Выбирают транзистор и выписывают его данные из справочника:

I_кmax, I_эmax I_кumax, I_эumax, U_эбmax, U_кэmax, U_кбmax, P_кmax, T_пmax, H21_min, H21_max.

Затем в масштабе вычерчивают выходные и входные характеристики для выбранного транзистора (пример рис. 6.1).

Рис.6.1

3. Режим работы транзистора определяют нагрузочной прямой, построенной на семействе коллекторных выходных характеристик. Она строится по двум точкам. Точка 0-точка покоя (рабочая точка) и точка 1-величина напряжения источника питания.[Еп]

I_ко = (1.05- 1.2)I_н.м.;

U_кэо = U_вых.м + U_ост,

где U_ост = 1 В;

4. По выходным характеристикам определяют общее сопротивление Rоб о цепи эмиттер-коллектор:

R_об = R_к + R_э;

R_об = Eп /I;

R_к = R_об /(1,15-1,25), R_к = R_З;

R_э = R_об - R_к, R_э = R₄;

5. Определяют небольшие амплитудные значения входного сигнала U_вхм, U_вых.м, необходимые для обеспечения заданного значения U_вых.м:

I_бmax – I_кmax / H21_min;

I_вхм = (I_бmax – I_{б min}) /2;

По графику определяют U_{бэ min}, U_бэmax, 2U_вхм:

Рис.6.2

6. Находят входное сопротивление транзистора переменному току:

R_вх = 2U_вхм / 2 I_вхм;

7. Определяют сопротивления делителя:

R_l-₂≥(8-12)R_вх;

R₁ = Eп • R_1-2 / R_э – I_ко;

R₂ = R₁ •R_l-₂/(R_l-R_l-₂);

8. Определяют коэффициент нестабильности работы каскада:

S = {R_э • (R₁+R₂) + R₁ • R₂} / { R_э • (R₁+R₂) + R₁-R₂ / (1 + H21_max)}.

9. Определяют емкость разделительного конденсатора, выполняющего согласующую роль между каскадами:

C_p =1/2 • π • f_H • R_вых • , C_p = C₁;

где R_вых = [R_выхм • R_к / R_выхm + R_к] + R_н; R_выхm = R_н + R_к;

10. Определяют емкость конденсатора, в цепи эмиттера:

С_Э ≥ 10/2 • π • f_H • R_э, С_Э = С₂;

11. Определяют коэффициент усиления каскада по напряжению:

К = U_вых.м / U_вхм.

Рассчитывают h-параметры для данного усилителя:

1. Входное сопротивление:

H11 = ΔU_Б-Э / I_Б при U_К-Э= const;

Представляет собой сопротивление транзистора переменному входному току при коротком замыкании на выходе, то есть при отсутствии выходного переменного напряжения.

2. Коэффициент обратной связи по напряжению:

H12 = ΔU_Б-Э / Δ U_К-Э при I_Б = const;

показывает, какая доля выходного переменного напряжения передается на вход тран­зистора вследствие обратной связи в нем.

3. Коэффициент усиления по току:

Н21=ΔI_К / Δ I_Б, при U_К-Э=const

Показывает усиление переменного тока транзистором в режиме работы без нагрузки.

4. Выходная проводимость:

Н22 = ΔI_К/ Δ U_К-Э, при I_Б=const

Расчёт динамического режима транзистора в каскаде однотактного усилителя мощности с трансформаторной связью.

Исходные данные для расчёта: Р_вых; R_h; f_H; М_Н; Eп.

1. Для выбора типа транзистора определяют мощность, выделившуюся на транзисторе:

Р_о = Р~ / ηk,

где ηk – коэффициент использования транзистора (0,35 ÷ 0,45),

Р~ – мощность, отдаваемая транзистором,

Р~ = Р_ВЫХ / ηm

ηm – коэффициент полезного действия транзистора (0,7 + 0,9);

2. Определяют падения напряжений на активном сопротивлении первичной обмотки трансформатора и на R_э:

ΔU = U_Rm+ U_Rэ = (0,1 ÷ 0,3) Eп.

3. Выбирают тип транзистора, выписывают его соответствующие характеристики и рассчитывают наибольшее возможное напряжение на транзисторе:

U_эбmax, U_кэmax, U_кбmax, P_кmax, T_пmax.

4. Определяют наибольшее и наименьшее значение входного сигнала тока и напряжения:

I_{б min} = I_кmin / H21_max;

I_бmax = I_кмах / H1_max.

Рис.6.3

По входной статической характеристике находят:

U_бэmax, U_кэmin

Находят удвоенные амплитудные значения входного сигнала:

2I_БМ = I_БЭMAX +I_БЭMAX;

2U_БМ = U_БЭMAX + U_БЭMAX;

Р_ВХ = 2U_БМ • 2I_БМ / 8;

R_ВХ = 2U_БМ / 2I_БМ.

Рис.6.4

U_КЭМ = (Eп – ΔU) / ηк;

U_КЭО = Eп – ΔU;

I_КО = P_О / U_К-ЭО;

U_КМ = U_КЭО – U_ОСТ, U_ОСТ = 1 В;

U_КЭMAX = U_КЭО + U_КМ;

U_КЭMIN = U_КЭО –U_КМ.

Для этих напряжений находят по графику Ik_max и Ik_min:

2I_км = I_КМАХ – I_КMIN.

Проверяем правильность выбора режима:

Р'~ = 2 U_КМ • 2I_КМ / 8.

5. Приняв по формуле

U_rэ = (0,3÷0,5)ΔU

выбирают и рассчитывают

R_Э = U_rэ / I_КО, R_Э= R₃.

6. Определяют емкость конденсатора:

С_Э≥ ½ • π • f_h •K_Э, С_Э = С1;

7. Находят значения сопротивлений делителя:

R_1-2 = (8-12)R_ВХ;

R₁ = Eп • R_1-2 / i_ko • R_Э;

R₂ = R₁-R_1-2/(R₁-R_1-2).

8. Определяем коэффициент усиления каскада по мощности:

К_Р = Р_ВЫХ / Р_ВХ.

9. Определяют величину сопротивления коллекторной нагрузки:

r_k~ = U_КЭМАХ /1, r_k~ = R₄;

К =R_H / r_k~ ηm.

10. Определяют сопротивление обмоток трансформатора:

r_Т1= 0.5 • rk~ • (1 - ηm);

r_Т2 ⁼ 0.5 • rh • (1 - ηm) / ηm;

L₁ = (R_H + rm2) / 2 • π • f_H • К • + 1.

11. Рассчитываем площадь радиатора охлаждения:

S_ОХ = 1200 • 4,15 / (85° - 20°) - 4,15 • 15 = 1810.

Рассчитывают h-параметры для данного усилителя:

1. Входное сопротивление

Н₁₁ = ΔU_Б-Э / ΔI_Б при U_Б-Э = const

представляет собой сопротивление транзистора переменному входному току при ко­ротком замыкании на выходе, то есть при отсутствии выходного переменного напря­жения.

2. Коэффициент обратной связи по напряжению

h₁₂ = ΔU_Б-Э / ΔU_К-Э при I_Б= const

показывает, какая доля выходного переменного напряжения передается на вход тран­зистора вследствие обратной связи в ней.

3. Коэффициент усиления по току

Н₂₁ = ΔI_К / ΔI_Б, при U _К-Э= const

оказывает усиление переменного тока транзистором в режиме работы без нагрузки.

4. Выходная проводимость

Н₂₂ = ΔI_К / ΔU_К-Э, при I_б = const

представляет собой внутреннюю проводимость для переменного тока между выход­ными зажимами транзистора.

ΔUб-э; ΔIб; ΔIк, ΔUк-э определяют по входным и выходным параметам характеристикам транзистора.

Сверяют полученные h-параметры со справочными данными.