Низкой частоты с реостатно-емкостной связью

Последовательность расчета приводится для транзистора, включенного по схеме ОЭ (общий эмиттер). На рис. 42 дана схема каскада усилителя.

Исходные данные: 1) напряжение на выходе каскада (напряжение на нагрузке); 2) сопротивление нагрузки ; 3) нижняя граничная частота ; 4) допустимое значение коэффициента частотных искажений каскада в области нижних частот ; 5) напряжение источника питания .

Примечание. Считать, что каскад работает в стационарных условиях ( . При расчете влиянием температуры на режим транзистора пренебрегаем.

Определить: 1) тип транзистора; 2) режим работы транзистора; 3) сопротивление коллекторной нагрузки ; 4) сопротивление в цепи эмиттера ; 5) сопротивления делителя напряжения и , стабилизирующие режим работы транзистора; 6) емкость разделительного конденсатора ; 7) емкость конденсатора в цепи эмиттера ; 8) коэффициент каскада по напряжению .

Порядок расчета:

1. Выбираем тип транзистора, руководствуясь следующими соображениями: а) , - наибольшее допустимое напряжение между коллектором и эмиттером, приводится в справочниках; б) –, - наибольшая возможная амплитуда тока нагрузки; - наибольший допустимый ток коллектора, приводится в справочниках.

Примечания:

1) Заданному диапазону температур удовлетворяет любой транзистор.

2) Для выбранного типа транзистора выписать из справочника значения коэффициентов усиления по току для ОЭ и . В некоторых справочниках дается коэффициент усиления по току α для схемы ОБ и начальный ток коллектора . Тогда (при выборе режима работы транзистора необходимо выполнять условия ).

3) Для каскадов усилителей напряжения обычно применяют маломощные транзисторы типа ГТ-108, ГТ-109, МП20, МП21, МП25, МП40, МП41, МП42, МП111, МП113 и др. (Справочник по полупроводниковым диодам, транзисторам и интегральным схемам / Под ред. Н.Н.Горюнова.- М.: Энергия, 1972; Справочник- транзисторы / Под ред. Н.Ф. Николаевского.- М.: Связь, 1969; Лавриненко В.Ю. Справочник по полупроводниковым приборам.- Киев: Техника, 1980; Справочник радиолюбителя-конструктора. – М.: Энергия, 1977).

2. Режим работы транзистора определяем по нагрузочной прямой, построенной на семействе входных статистических (коллекторных) характеристик для ОЭ. Построение нагрузочной прямой показано на рис. 45. Нагрузочная прямая строится по двум точкам: т.0-точка покоя (рабочая) и т.1, которая определяется величиной напряжения источника питания . Координатами т.0 являются ток покоя и напряжение покоя ( т.е. ток и напряжение, соответственно =0).

Можно принять

Напряжение покоя

где - наименьшее допустимое напряжение

При возникают значительные нелинейные искажения, так как в рабочую зону попадают участки характеристик, обладающие большой кривизной. Для маломощных транзисторов можно принять В.

3. Определяем величины сопротивлений и

По выходным характеристикам (см. рис. 45) определяем Общее сопротивление в цепи эмиттер-коллектор

где I - ток, определяемый т.1, т.е. точкой пересечения нагрузочной прямой с осью токов.

Принимая , получим

4. Определяем наибольшие амплитудные значения входного сигнала тока и напряжения , необходимые для обеспечения заданного значения . Задавшись наименьшим значением коэффициента усиления транзистора по току , получим:

причем не должен превышать величины , где для маломощных транзисторов

По входной статической характеристике для схемы ОЭ (рис.46) и найденным значениям и находят величину .

5. Определяем входное сопротивление каскада переменному току (без учета делителя напряжения ) :

6. Определяем сопротивления делителя . Для уменьшения шунтирующего действия делителя на входную цепь каскада по переменному току принимают , где

Тогда

7. Определяем коэффициенты нестабильности работы каскада:

где - наибольший возможный коэффициент усиления по току выбранного типа транзистора.

Для нормальной работы каскада коэффициент нестабильности S не должен превышать нескольких единиц.

8. Определяем емкость разделительного конденсатора :

где - выходное сопротивление транзистора, определяемое по выходным статическим характеристикам для схемы ОЭ. В большинстве случаев , поэтому можно принять .

9. Определяем емкость конденсатора

10. Определяем коэффициент усиления каскада по напряжению:

Примечание. Приведенный порядок расчета не учитывает требований на стабильность работы каскада.

Задача. Рассчитать каскад транзисторного усилителя напряжения для схемы с общим эмиттером (см. рис. 42) :

Решение.

1. ;

Выбираем транзистор МП42А, для которого = 30мА, =15 В, =50, =25 мкА.

2. Для построения нагрузочной прямой находим (рабочую) точку покоя (т.0), для этого определяем

Вторая точка нагрузочной прямой . По полученным величинам строится нагрузочная прямая.

3. По статическим выходным характеристикам и нагрузочной прямой находим I=18 мА, откуда

Следовательно,

4. Наименьший коэффициент усиления по току (для схемы ОЭ) для транзистора МП42А =30, тогда . Из-за малого значения можно принять и, следовательно,

Амплитуда входного тока

По входной статической характеристике (для схемы ОЭ):

5. Находим входное сопротивление транзистора по переменному току:

6. Для определения находим находим

.

Отсюда

7. Определяем, будет ли схема достаточно стабильна:

Следовательно, работа рассчитанного каскада достаточно стабильна.

8.Определяем емкость :

Принимаем

9. Определяем емкость

Для полного устранения отрицательной обратной связи необходимо включить
. Эта емкость слишком велика. Обычно используют . Принимаем .

10. Коэффициент усиления каскада по напряжению будет равен