Выбор режима работы транзистора по постоянному току и расчет номиналов элементов усилителя
Допущения:
1. Усилительный каскад работает в статическом режиме А.
2. Сопротивление источника колебаний Rг во много раз больше входного сопротивления Rвх транзистора, т.е. источник работает как генератор тока. Нелинейность сопротивления Rвх не учитывается, т.к. свойства входной цепи определяются сопротивлением Rг . Сопротивление Rг линейно. Входной, выходной токи синусоидальны и выходное напряжение синусоидальны. Усиление происходит с малыми нелинейными искажениями.
3. Сопротивление нагрузки во много раз меньше выходного сопротивления транзистора Rн << Rвых.
4. Сопротивление нагрузки одинаково для постоянного и переменного тока.
Рассчитаем сопротивление резистора в цепи коллектора транзистора:
Rк = (1 + КR) Rн = (1 + 1,1)·1000 = 2100 (Ом).
Определим эквивалентное сопротивление нагрузки каскада:
Найдем амплитуду коллекторного тока:
Рассчитаем ток покоя транзистора:
k3 – коэффициент запаса,
k3 =0,7÷0,95
Принимаем 
= 2,0·10-3 (А).
Определим минимальное напряжение коллектор – эмиттер в рабочей точке транзистора:
где UкэНЛ – напряжение коллектор-эмиттер, соответствующее области начальных участков выходных ВАХ транзистора (обычно принимается равным 1В).
Т.к. 
меньше типового значения 
, принимаем
Рассчитываем напряжение источника питания:
Пусть 
Принимаем 
Определяем сопротивление резистора:
Пусть 
На выходных характеристиках транзистора построим нагрузочную прямую по постоянному току по точка М и N. В точке М ток Iк=0. А поскольку для выходной цепи транзистора справедливо уравнение Ек = Uк + Iк (Rк+ Rэ)то при Iк=0 получаем Ек = Uк = 14 В. Из этого же равенства в точке N, где Uк = 0, получаем Ек = Iк (Rк+ Rэ) или Iк = Ек / (Rк+ Rэ) = 14 / (2100 + 2100) = 3,3*10-3(А) = 3,3(мА).
Соединяя эти точки прямой, получаем линию нагрузки (рабочую характеристику). На ней выбираем рабочий участок. Например, для получения большой выходной мощности следует взять рабочий участок АБ. На рисунке заштрихован треугольник полезной мощности . его гипотенузой является рабочий участок АБ, а катетами соответственно двойные амплитуды тока 2 Iкmax и напряжения 2 Uк-эmax. Из графика 2 Iкmax = 3,0 мА и 2 Uк-эmax = 13 В. Откуда Iкmax = 1,5 мА и Uк-эmax = 6,5 В.
На рабочей характеристике наносим рабочую точку Т так, чтобы она находилась примерно посредине участка АБ и обе>Iкп = Iкmax + Iкб0 = 15 + 0,2 = 1,7 (мА)
Uкэп = Uк-эmax + UкэНЛ = 6,5 + 1 = 7,5 (В).
где UкэНЛ - напряжение нелинейных участков выходных характеристик, принимаемое равным 1 В;
Iкб0 - коллекторный ток при нулевом токе базы, принимаемый равным о,2 мА.
На этом же графике видно, что 2Imб = 80мкА. Следовательно, ток базы покоя равен Iбп = 40мкА. Рассчитаем мощность в точке покоя транзистора:
Определим максимальную допустимую мощность рассеивания на коллекторе транзистора. В табл. 2. находим для выбранного транзистора:
Тогда
Ркдоп = IкдопUк-эдоп = 20·10-3·20 = 400·10-3 (Вт) = 0,4 (Вт)
Рис. 2. Нагрузочная прямая усилительного каскада по постоянному току.
Определим наибольшую мощность рассеивания транзистора при максимальной рабочей температуре:
где t0пmax – максимальная температура перехода транзистора;
t0рm - рабочая температура транзистора
t0рm - максимальная рабочая температура транзистора.
, следовательно, транзистор выбран правильно.
Ток покоя базы Iбп найден ранее. Определим напряжение база-эмиттер в режиме покоя Uб-эп . Для этого найдем рабочий интервал А1Б1 и рабочую точку Т1 на входной характеристике, перенеся точки А, Б и Т на входную характеристику и получив точки А1Б1 и Т1 (рис. 3).
Из графика следует 2Umб-э = 150 мВ, Umб-э = 75 мВ и Uб-эп = 225 мВ.
Рассчитаем сопротивления базового делителя R1, R2. Для этого определим ток базового делителя :
Iд = (5÷10) Iбп .
Пусть Iд = 5 Iбп = 5·40·10-6 = 0,2·10-3 (А)
Рис. 3. Входная характеристика транзистора с рабочей точкой и рабочим интервалом.
Рассчитаем сопротивление резистора базового делителя R2:
Пусть R2 = 22000 Ом = 22 кОм.
Найдем сопротивление резистора базового делителя R1:
Пусть R1 = 50 кОм.
Найдем входное сопротивление каскада Rвх. Для этого определим параметр h11Э.и эквивалентное сопротивление базового делителя RД. По приращениям ΔIб, ΔUб-э на входной характеристике транзистора между точками Т1 и А1 при постоянном напряжении Uк-э найдем:
h11Э = ΔUб-э / ΔIб = 50·10-3 / 40·10-6 = 1250 (Ом).
Найдем эквивалентное сопротивление базового делителя RД:
Найдем входное сопротивление каскада:
Рассчитаем выходное сопротивление каскада:
