Материал: 832

75

относительно исходного положения А при наименьшей температуре окружающей среды.

Непосредственно из построений, приведенных на рис. 6.2, следуют соотношения для выбора рабочей точки в режиме большого сигнала:

Значениями Umin и Imin обычно задаются до начала расчета (например, Umin = 0,5 В для германиевых и Umin = 1 В для кремниевых транзисторов, а Imin = (0,5 – 1) мА. Задаются также допустимым смещением рабочей точки UКЭ и допустимым падением напряжения на эмиттерном сопротивлении UЭ = (0,1 – 0,2)Е.

Уравнение нагрузочной прямой постоянного тока

Е=UЭ+U0+I0RК. (6.6)

Подставляя в уравнение (6.6) значение тока I0 из (6.5), получим расчетное выражение для определения сопротивления резистора RК:

Таким образом, расчет координат рабочей точки А, обеспечивающей получение двухполярного выходного сигнала амплитудой Uвых при допустимой величине температурного смещения UКЭ можно провести в следующей последовательности:

1)определяют U0 по уравнению (6.4);

2)определяют RК по уравнению (6.7);

3)определяют I0 по уравнению (6.5).

Оценим коэффициент полезного действия рассматриваемого усилительного каскада для синусоидального сигнала на нагрузке амплитудой Uвых:

76

КПД каскада оказывается очень низким (несколько процентов). Наибольшее значение 8,7% он имеет при RЭ=0 и

RК 2RН . При этом Е=3,4Uвых и I0 = 1,7IН.

6.2 Пример расчета усилительного каскада

Задание. Выбрать рабочую точку в режиме покоя, построить нагрузочные прямые постоянного и переменного тока, рассчитать элементы и оценить основные параметры каскада с ОЭ (см. рис. 6.1) на транзисторе КТЗ15В при следующих исходных данных:

Е =24 В, Uвых = 5 В, RН = 1 кОм, Rс = 1 кОм, fн = 20 Гц,

Тмин = –10оС, Тмакс = 50оС,

где Е – напряжение источника питания;

Uвых – амплитуда выходного синусоидального напряжения; RН – сопротивление нагрузки;

Rс – внутреннее сопротивление источника сигнала;

fн – нижняя рабочая частота при допустимом коэффициенте частотных искажений МН =3 дБ (МН 2);

Тмин – минимальная температура окружающей среды; Тмакс – максимальная температура окружающей среды.

Справочные параметры транзистора (его характеристики приведены на рис. 6.3):

-предельно допустимое напряжение UКЭдоп = 40 В;

-напряжение насыщения UКЭнас ≤ 0,4 В;

-коэффициент усиления по току h21Э 100;

-емкость коллекторного перехода СК = 7 пФ;

-тепловое сопротивление участка «переход-среда» RПС = 0,67 оС/мВт;

-допустимая температура перехода ТП доп = 120 оС;

-верхняя частота усиления по току fβ 5 МГц.

78

Ток в рабочей точке

I0 Imin Uвых Uвых 1 5 4,2 10,2 мА.

RК RН

Мощность, рассеиваемая на коллекторном переходе:

РК U0I0 7 10,2 71,4 мВт.

Коэффициент полезного действия выходной цепи

Максимальная температура перехода

ТП Тмакс РКRПС 50 71,4 0,67 98 оС ТПдоп .

2.Расчет элементов цепи смещения

по постоянному току

Величина сопротивления резистора в цепи эмиттера

RЭ UЭ I0 510,2 0,49 кОм.

Сопротивление выходной цепи постоянному току

R RК RЭ 1,2 0,49 1,69 кОм.

Проводим нагрузочную прямую постоянного тока через точку Е=24 В на оси абсцисс и точку I ЕR 14,2 мА на оси ординат и отмечаем на ней рабочую точку в режиме покоя А. Ток базы в рабочей точке равен IБ0=0,13 мА. Отметив положение рабочей точки на входной характеристике транзистора, находим напряжение на эмиттерном переходе (UБЭ0 0,7 В).

Допустимое изменение тока коллектора

Температурное смещение выходных характеристик

IТ IК0 I0 5 10 4 Т 10,2 5 10 4 60 0,3 мА,

где IК0 – изменение обратного тока коллекторного перехода, которым для кремниевого транзистора можно пренебречь;

79

Допустимый коэффициент температурной нестабильности каскада

S' IК IТ 0,950,3 3,2..

Параллельное сопротивление базовых резисторов

Верхний резистор базового делителя

Нижний резистор базового делителя

R2 R1 RБ 4,5 1,1 1,5 кОм.

Выбираем резисторы УЛМ или МЛТ ряда Е12 (см. Приложение А) с допустимым отклонением 10%:

3. Основные показатели усилителя в области средних частот

Сопротивление выходной цепи транзистора переменному

току

Проводим нагрузочную прямую переменного тока через рабочую точкуАи точкуна осиабсциссприUКЭ U0 I0R~ 12,6 В.

Оценим входное сопротивление транзистора (его можно определить также по углу наклона касательной в рабочей точке на входной характеристике)

h11Э rБ rЭ 1 50 2,55 101 308 Ом,

где rБ 50 Ом, rЭ 2610,2 2,55 Ом.

Определяем коэффициент усиления каскада по напряжению