Етап 1 Розрахунок статичного режиму

Завдання проектування і розрахунку підсилювача зводиться до визначення значень параметрів елементів схеми живлення транзистора, що забезпечують необхідні характеристики посилення і їх стабільність при максимальному в загальному випадку К.К.Д.

Розрахунок ланцюга живлення починають з вибору типу транзистора і визначення робочої точки.

1.1Перевіримо правильність попереднього вибору типу транзистора із умов:

U_{ке_max} E_к;

I_{к_max} 2 I_кс;

fh21е 5F_в.

1.2 Виберемо робочу точку, ураховуючи, що в схемах з малими струмами I_е як розрахункове значення напруги база-емітер U_бес у точці спокою можна вважати:

U_бес ≈ 0,5...0,7 В — для кремнієвих;

U_бес ≈ 0,3...0,4 В — для германієвих;

U_кес ≈ 0,4 Е_к.

Струм емітера в точці спокою визначається з наближеної форми запису рівняння Еберса-Молла:

I_ес ≈ I_ебо ( exp( l·U_бес) – 1), (1.1)

де I_ебо =10^-8...10^-10А — зворотний струм емітерно-базового переходу;

l = 1/ (m ∙ φ_т) — постійна в рівнянні Еберса-Молла;

φ_т = kТ/ q — термічний потенціал;

q = |ē| — заряд електрона;

m = 1 — для германієвих транзисторів;

m = 1...2 — для кремнієвих.

Узявши φ_т ≈ 0,025 В для контактної температури, отримаємо:

l ≈ 40 для германієвих;

l ≈ 20…40 для кремнієвих.

Струм колекторного ланцюга в точці спокою:

I_кс = I_ес∙|h21б| ≈ I_ес; т.к. |h_21Б| = 0,95…0,995 ≈ 1.

Перевірити умову: I_кс ≈ (0,3…0,5)∙I_{к max}.

1.3 Виберемо опір колекторного навантаження R_к, величина якого повинна задовольняти дві суперечливі вимоги: з одного боку, бажано, аби опір R_к був якомога більше порівняно з величиною опору навантаження каскаду; з другого боку, збільшення R_к при заданому струмі колектора призводить до того, що падіння напруги на цьому опорі зростає, а напруга між колектором і емітером U_ке зменшується до недопустимо малої величини.

З урахуванням цих вимог R_к вибирають з умови:

R_к = 0,4∙Е_к/ I_кс . (1.2)

Вибираємо стандартне значення резистора і визначаємо розсіювану на ньому потужність:

Р_Rк= I²_кс∙R_к.

1.4 Струм спокою бази:

I_бс = I_ес – I_кс = I_ес (1- |h_21Б|). (1.3)

1.5 Опір у ланцюзі емітерної стабілізації:

R_е = (Е_к – I_кс ∙R_к – U_кес)/ I_ес . (1.4)

Вибираємо стандартне значення резистора R_е і визначаємо розсіювану на ньому потужність:

Р_Rе= I²_ес ∙R_е.

1.6 Розрахуємо опори дільника в ланцюзі зсуву з фіксованою напругою бази і розсіювану на них потужність:

R₂ = U_бес/(2...5)∙I_бс , (1.5)

Р_R2= I²_д ∙R₂ = [(2...5)∙I_бс ]²∙R₂ .

R₁ = ; (1.6)

Р_R1= (I_д +I_бс)²∙R₁ .

1.7 Потужність, споживана від джерела живлення:

P₀ = [(U_бес + I_ес∙R_е)/R₂ + I_ес]∙Е_к . (1.7)

1.8 Стабільність каскаду оцінимо чутливістю струму колектора до змін статичного коефіцієнта підсилення струму = I_к / I_б:

Sк( ) = , (1.8)

де G₁= 1/R₁;

G₂ = 1/R₂.