Расчёт принципиальной схемы и основных параметров транзисторных каскадов

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

Расчет по постоянному току

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

Напряжение U_КЭрт (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 I_Б. Тогда по графику выходных характеристик:

По входной характеристике определим напряжение база-эмиттер:

Таким образом, получаем таблицу 2.

Таблица 2

Токи и напряжения рабочей точки

Рис. 2. Характеристики транзистора

Найдем R_К:

Тогда согласно ряду Е24: 

Для расчета R_Э понадобится I_Э. Найдем его:

Определим R_Э:

Тогда из ряда Е24: 

Напряжение на R_Э: 

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:

С₂ выберем равным С₁.

Тогда согласно ряду Е24: 

Определим емкость эмиттерного конденсатора. Возьмём 

Тогда согласно ряду Е24: 

Напряжение на разделительных конденсаторах равно напряжению U₂ = 1,32 В. Тогда выберем конденсатор на 6,3 В. А напряжение на C_Э равно напряжению на R_Э 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

I_{б рт}=100 мкА

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

U_{бэ рт} = 0,8 В

Таблица 3

Параметры рабочей точки токов и напряжений

Рис. 6. Характеристики транзистора

Учитывая, что ток, протекающий через резистор R₁ должен быть примерно в 1,5 раз больше I_{б рт}, примем I₁ = 1,5I_б

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

Расчет мощности резисторов

Расчет по переменному току

Расчет h_э параметров

Пересчет параметров h_э в h_к

Рис. 7. Схема замещения каскада с ОК

Расчет параметров для схемы с ОК:

 

Расчет резистора R_д:

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_C =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.