2.Расчет усилительного каскада

2.1 Выбор режима работы транзистора

На семействе выходных характеристик транзистора построим нагрузочную прямую по постоянному току. Сопротивление в цепи эмиттера возьмем из соотношения:

R_Э = 0.2 R_К=0.2*910=0.182 кОм

Такое сопротивление обеспечит достаточно высокую стабильность рабочей точки и не сильно уменьшит коэффициент использования напряжения источника питания.

После расчета сопротивления R_Э ближайшее стандартное значение по ряду Е24–0.180кОм.

В последующих вычислениях используем стандартное значение сопротивления R_Э.

Далее рассчитаем напряжение коллектор-эмиттер в рабочей точке U_КЭ рт.

«Подтягивание» рабочую точку к ближайшей выходной характеристике. Отметим выбранную рабочую точку на выходных характеристиках транзистора. Определим ток коллектора в рабочей точке I_К рт.

Отметим выбранную рабочую точку на входной характеристике транзистора. В справочниках обычно приводятся две характеристики: при напряжении коллектор-эмиттер U_КЭ = 0 и при напряжении U_КЭ ≠ 0 (у транзисторов поздних разработок U_КЭ =5 В). Первая характеристика соответствует режиму насыщения, а вторая – нормальному активному режиму. Поскольку в усилителях транзисторы работают в нормальном активном режиме, то рабочую точку следует построить на входной характеристике при напряжении U_КЭ ≠ 0 (рис. 2), при этом не имеет никакого значения соотношение напряжения, для которого приведена входная характеристика в справочнике, и напряжения в рабочей точке U_КЭ рт. На входной характеристике рабочая точка строится по току базы I_Б рт, соответствующему выходной характеристике, проходящей через рабочую точку. Проекция рабочей точки на ось напряжения база-эмиттер даст значение напряжения база-эмиттер в рабочей точке U_БЭ рт. Выпишем параметры рабочей точки: U_КЭ рт, I_К рт, U_БЭ рт, I_Б рт.

Uкэ рт=5 В; Iк рт=5.8 мА; Uбэ рт=0.66 В; Iб рт=0.060 мА

Рис.1 Входная характеристика транзистора.

Рис.2 Семейство выходных характеристик транзистора.

2.2 Расчет делителя в цепи базы

Рассчитаем сопротивления делителя R_Б1,R_Б2 в цепи базы. Чем больше будет сквозной ток делителя I_Д = E/(R_Б1 + R_Б2), тем стабильнее будет режим работы при замене транзистора и изменении температуры окружающей среды, но тем больше будет ток, потребляемый каскадом от источника питания, поэтому сквозной ток делителя выбирают из компромиссных соображений. На практике сквозной ток делителя выбирают из условия I_Д = (3÷10) I_Б рт.

Рассчитаем сопротивление резистора R_Б2, полагая

U_Rэ = I_Э рт R_Э = (I_К рт + I_Б рт) R_Э=(5.8+0.060)*10^-3*0.18*10³ =1.055 В

Согласно закону Ома, сопротивление резистора

R_Б2

Стандартное значение сопротивления R_Б2 по ряду Е24 – 6.2 к

Пересчитаем ток делителя:

=

Рассчитаем сопротивление резистора R_Б1:

=

Ближайшее стандартное значение сопротивления R_Б1 по  ряду Е24 – 30

2.3 Определение h-параметров транзистора по статическим характеристикам

По статическим характеристикам транзистора можно определить три из четырех h-параметров: входное сопротивление h_11Э, статический коэффициент передачи тока базы транзистора h_21Э и выходную проводимость h_22Э.

Входное сопротивление h_11Э = ΔU_БЭ / ΔI_Б при коротком замыкании по переменному току на выходе транзистора (U_КЭ = const) определим по входным характеристикам транзистора. Для этого зададим приращение напряжения база-эмиттер ΔU_БЭ симметрично относительно рабочей точки и определим соответствующее приращение тока базы ΔI_Б (рис. 3).

Рис. 3 Определение входного сопротивление по входной характеристике транзистора.

Статический коэффициент передачи тока базы транзистора h_21Э = ΔI_К / ΔI_Б при коротком замыкании по переменному току на выходе транзистора (U_КЭ = const) определим по выходным характеристикам транзистора. Для нахождения параметра h_21Э  зададим приращение тока базы ΔI_Б и определим соответствующее приращение тока коллектора ΔI_К (рис. 4).

Рис. 4 Определение коэффициента передачи тока базы по выходной характеристике транзистора.

Выходную проводимость h_22Э = ΔI_К / ΔU_КЭ в режиме холостого хода на входе транзистора (I_Б = const) определим также как и параметр h_21Э по выходным характеристикам транзистора. Для нахождения параметра h_22Э  зададим приращение напряжения коллектор-эмиттер ΔU_КЭ и определим соответствующее приращение тока коллектора ΔI_К (рис. 5). Условию I_Б = const будут отвечать точки, лежащие на выходной характеристике, проходящей через рабочую точку транзистора. Поскольку выходные характеристики линейны в широком диапазоне напряжений, то приращение ΔU_КЭ может быть достаточно большим, при этом его симметричность относительно рабочей точки не имеет значения.

Рис. 5 Определение выходной проводимости по выходной характеристике транзистора.

Четвертый параметр – коэффициент обратной связи по напряжению h_12Э по приводимым в справочниках статическим характеристикам определить невозможно. У маломощных транзисторов коэффициент обратной связи по напряжению h_12Э = (1÷10) 10^–4.