Главная | Обратная связь

Расчет усилительного каскада по постоянному току графоаналитическим методом.

Схема усилительного каскада на биполярном транзисторе с общим эмиттером (ОЭ) представлена на рис. 6.

Рисунок -6. Схема каскада ОЭ

 

Полярность источника питания (отрицательная) E_К обеспечивает работу транзистора в активном режиме. Во входную цепь включается источник сигнала в виде генератора с напряжением e_Г и внутренним сопротивлением R_Г, а в выходную - нагрузка в виде резистора R_Н ( во многих случаях нагрузка может стоять на месте резистора R_К).

Резисторы R₁ , R₂ и R_К задают требуемые постоянные составляющие токов в цепях транзистора и постоянные напряжения на его электродах - рабочую точку транзистора. От выбора рабочей точки зависит усиление каскада, КПД, искажения сигнала. Резистор R_К задает ток коллектора Iк0, а резисторы R₁ , R₂ задают ток базы Iб₀, которым открывается транзистор и входит в активный усилительный режим. Для того, чтобы источник сигнала и нагрузка не влияли на режим работы транзистора по постоянному току, включены разделительные конденсаторы C_Р1 и C_Р2, имеющие в рабочем диапазоне частот малые сопротивления.

В усилительных каскадах с общим эмиттером, обычно, термостабилизация осуществляется путем создания ООС на базе резистора R_Э. Помимо стабилизации рабочей точки, R_Э оказывают серьёзное воздействие на работу усилительного каскада.

Во первых, резистор R_Э находится в цепи коллектор–эммитер, и участвует в формировании нагрузочной характеристики. Во вторых, на R_Э происходит падение переменной составляющей выходного напряжения (которая и является полезным выходным сигналом) что приводит к уменьшению коэффициента усиления.

Для нейтрализации воздействия R_Э на выходной сигнал параллельно ему ставится шунтирующий конденсатор C_Э, что приводит к тому, что переменная составляющая сигнала практически без потерь проходит через конденсатор (т. к. сопротивление конденсатора с ростом частоты резко уменьшается).

Для того, чтобы конденсатор C_Э осуществлял шунтирование резистора R_Э, необходимо, чтобы емкостное сопротивление X_Cэ конденсатора было значительно ниже R_Э на всём диапазоне частот, на которых работает усилительный каскад.

2.1. Семейство выходных и входных характеристики заданного транзистора представлены на рис. 7.

Входная характеристика изображается повёрнутой на 90˚ против часовой стрелки. Оси для построения передаточной характеристики строятся в

размерности, соответствующих осей входной и выходной характеристик и на одной линии с осями этих характеристик (пунктирные линии на рис. 7).

2.2. На выходных характеристиках (рис. 7) нанесена кривая допустимой мощности P_kmax, рассеиваемой на коллекторе, P_{k max}=U_кэI_к=const, например, по зависимости:

I_К=P_Кmax/U_КЭ =100∙10^-3/ U_КЭ, А.

Также проводим линию максимального напряжения U_КЭmax=12В и линию максимального тока I_Кmax=25мА.

Выбираем значение напряжения источника питания E_к в пределах

(0,7 – 0,9) U_{k max} =(0,7 – 0,9) ∙12 =8,4В – 10,8В.

Выберем E_к =10В.

(Следует учитывать, что E_к ≈ 2U_{m вых} и E_к ≈ U_кэо + I_ко(R_к + R_э)). Эту величину в дальнейшем, после выбора R_к, R_э, и U_{m вых}можно скорректировать.

2.3. Из условия передачи максимальной мощности от источника энергии к потребителю (согласованный режим) выбрать R_к ≈ R_{вых. т}. Однако, на выход усилителя обычно включается нагрузка R_н ≤ R_к поэтому рекомендуется выбирать R_к = (0,3 – 1)R_{вых. т}. так чтобы его величина лежала в диапазоне

R_к = (0,5 - 10) кОм. Рассчитаем значение сопротивления в цепи коллектора:

R_к = (0,3 – 1)∙R_{вых. т}=(0,3 – 1)∙1,33 = 0,399кОм – 1,33кОм

Выберем R_к =400 Ом.

2.4. Построим нагрузочную линию усилительного каскада, согласно уравнению

U_кэ = Е_к - I_кR_к

Для этого нужно использовать две точки (“d” и ”c”) на выходных характеристиках транзистора (рис. 6):

U_кэ = 0, I_к= = (точка “d”);

I_к = 0, U_кэ = Е_к = 10В (точка “c”).

При этом линия нагрузки должна проходить левее и ниже допустимых значений U_{k max}, I_{k max}, и P_{k max}и обеспечить достаточно протяженный линейный участок переходной характеристики (см. рис. 7).

2.6. Построим переходную характеристику.

Для этого необходимо отметить на оси I_Б входной характеристики точки, соответствующие токам базы, для которых приведены выходные характеристики, пересекаемые нагрузочной линией. По точкам пересечения линий, проведённых из выделенных точек входных и выходных характеристик, построить переходную характеристику (рис. 7).

Рисунок - 7. Переходная характеристика

 

2.7. На переходной характеристике транзистора (с учетом входной характеристики) выбираем линейный участок ab, в диапазоне которого усилитель усиливает без искажения. На середине участка ab наносим рабочую точку A, соответствующую режиму работы транзистора по постоянному току (рис. 7).

2.8. По координатам рабочей точки A (рис. 7) определяем токи и напряжения

каскада в режиме покоя (постоянные составляющие входных и выходных токов и напряжений):

I_Б0=60мкА,

I_К0=16,25мА,

U_БЭ0=360мВ,

U_КЭ0=3,5В.