Расчёт принципиальной схемы и основных параметров транзисторных каскадов

В статье рассматривается один из способов расчета транзисторного усилительного каскада в двух вариантах схем включения, расчеты и подбор всех элементов также приведены.

Аннотация статьи
напряжение
усилитель
каскад
транзистор
схема включения
резистор
сила тока
Ключевые слова

Пайка усилителей на транзисторах с подбором элементов в основном проводится в университетах как пособие для студентов с целью углубить их знания и понимание процессов электротехники и схемотехники, однако, иногда все же возникают потребности в создании схемы подобного плана. В данной статье рассмотрен вариант поэтапного расчета усилителя или каскада усилителей на транзисторах, исходя из полученных данных.

Расчёт принципиальной схемы и основных параметров каскада на биполярном транзисторе, подключенного по схеме с ОЭ

Усилитель в схеме с общим эмиттером является наиболее востребованным решением, так как обладает наибольшим коэффициентом усиления по мощности, внизу приведен расчет такого усилителя на транзисторе BC547A.

Рис. 1. Схема электрическая принципиальная усилителя в схеме с ОЭ

Таблица 1

Основные параметры транзистора BC547A

IКмакс, мA

UКЭмакс, В

PК, мВт

100

45

500

Расчет по постоянному току

Напряжение питания выберем из ряда питающих напряжений и условия Eпит ~ (0,6 – 0,9) UКЭмакс. Тогда получим:

Напряжение UКЭрт (рабочей точки) равно половине напряжения питания:

Ток коллектора рабочей точки определяется из условия, что он в несколько раз меньше максимального тока коллектора. Получим:

Ток базы определим по выходной характеристике.

Рабочая точка лежит на кривой с параметром IБ. Тогда по графику выходных характеристик:

По входной характеристике определим напряжение база-эмиттер:

Таким образом, получаем таблицу 2.

Таблица 2

Токи и напряжения рабочей точки

28,6

100

13,5

0,8

Рис. 2. Характеристики транзистора

Найдем RК:

Тогда согласно ряду Е24: 

Для расчета RЭ понадобится IЭ. Найдем его:

Определим RЭ:

Тогда из ряда Е24: 

Напряжение на RЭ

Рис. 3

Резисторы R1 и R2 образуют делитель. Напряжение на резисторе R2 равно:

Напряжение на резисторе R1 по 2-му закону Кирхгофа равно:

Ток резистора R1 должен быть больше тока базы в 5–10 раз. Тогда:

По первому закону Кирхгофа:

Тогда резисторы R1 и R2 равны:

Согласно ряду Е24: 

Рассчитаем мощность, рассеиваемую на резисторах:

Тогда по стандартному ряду рассеиваемых мощностей:

Расчет по переменному току

Для расчета h-параметров построим характеристику передачи тока транзистора.

По характеристикам транзистора определим .

Далее рассчитаем h-параметры:

Рис. 4. Эквивалентная схема по переменному току

Коэффициент усиления по току:

Коэффициент усиления по напряжению:

Коэффициент усиления по мощности:

Сопротивление делителя:

Входное сопротивление:

Выходное сопротивление:

Мощность, расходуемая источником питания:

Полезная выходная мощность:

КПД:

Расчет разделительных конденсаторов:

Свыберем равным С1.

Тогда согласно ряду Е24: 

Определим емкость эмиттерного конденсатора. Возьмём 

Тогда согласно ряду Е24: 

Напряжение на разделительных конденсаторах равно напряжению U= 1,32 В. Тогда выберем конденсатор на 6,3 В. А напряжение на CЭ равно напряжению на RЭ и равно 0,52 В.

Расчёт принципиальной схемы и основных параметров каскада на биполярном транзисторе, подключенного по схеме с ОК

Усилитель в схеме с общим коллектором имеет свойство усиливать именно ток, в отличие от усилительного каскада с общим эмиттером из предыдущего раздела, схема с общим коллектором создает выходное напряжение в прямой, а не в обратной пропорции к возрастающему входному напряжению. Внизу приведен расчет такого усилителя на транзисторе BC548A.

Рис. 5. Схема электрическая принципиальная усилителя в схеме с ОК

Расчет по постоянному току

Выбор напряжения питания

Напряжение питания должно находиться в диапазоне (18 В – 27 В). Далее считаем напряжения к-э рабочей точки.

Выбираем ток коллектора рабочей точки.

Ток рабочей точки выбираем по выходной характеристике, зная

Iб рт=100 мкА

Исходим из того, что напряжение б-э рабочей точки мы ищем по току базы рабочей точки.

Uбэ рт = 0,8 В

Таблица 3

Параметры рабочей точки токов и напряжений

, В

, В

 , мкА

, мА

0,8

12

100

28

Рис. 6. Характеристики транзистора

Учитывая, что ток, протекающий через резистор R1 должен быть примерно в 1,5 раз больше Iб рт, примем I1 = 1,5Iб

Согласно ряду E24, наиболее близкие значения номиналов резисторов к полученным значениям: .

Расчет мощности резисторов

Расчет по переменному току

Расчет hэ параметров

Пересчет параметров hэ в hк

Рис. 7. Схема замещения каскада с ОК

Расчет параметров для схемы с ОК:

 

Расчет резистора Rд:

Расчет входного сопротивления каскада:

 

Расчет входного сопротивления каскада:

Расчет коэффициента усиления по напряжению:

 

Расчет коэффициента усиления по току:

Расчет коэффициента усиления по мощности:

Расчет мощностей каскада:

Расчет КПД:

Расчет разделительного конденсатора С1:

 

X=10 кОм

Напряжение на конденсаторах:

Таким образом, был приведен расчет схем с двумя типами включения транзистора, видны особенности каждой из схем, что в дальнейшем может послужить примером для расчета усилителя на биполярном транзисторе для конкретной цели.

Текст статьи
  1. Расчет усилительного каскада на биполярном транзисторе: Учебно-методическое пособие: для студентов заочного и очного обучения / Сост. С.Г. Прохоров, В.Г. Трусенев. / Казань: Изд-во Казан. гос. техн. ун-та, 2001. 40 с.
  2. Транзистор BC548A datasheet [электронный ресурс] https://www.rlocman.ru/datasheet/pdf.html?di=165569.
  3. Резисторы постоянные непроволочные прецизионные [электронный ресурс] https://www.erkon-nn.ru/upload/model_library/S2-29V/s2-29v_5.pdf.
  4. Конденсаторы оксидно-электролитические алюминиевые [электронный ресурс] https://eandc.ru/pdf/kondensator/k50-35.pdf.
Список литературы