Рассчитайте резистивный каскад предварительного усиления на биполярном транзисторе

1. Принципиальная схема резистивного каскада с учетом структуры n-p-n транзистора и полярности источника питания представлена на рис. 7.
Основными элементами каскада являются источник питания (Eк), биполярный транзистор типа p-n-p (VT1) и резистор коллекторной цепи RК. Эти элементы образуют главную усилительную цепь, в которой за счет протекания управляемого током базы Iб коллекторного тока Iк = h21Э .Iб, на коллекторе транзистора создается усиленное переменное напряжение
Uкэ= Uвых =Eк - IкRк,
которое, далее, через разделительный конденсатор CР2 передается на нагрузочное сопротивление Rн. Параметр h21Э или β – коэффициент передачи по току в схеме ОЭ, приводится в справочниках.
Таким образом, на выход в нагрузку поступает сигнал с увеличенной амплитудой колебаний, но с сохранившейся формой и частотой. Важно подчеркнуть, что энергию для усиления транзистор берет у источника питания Ек. Если напряжения питания будет недостаточно, транзистор не сможет полноценно работать, и выходной сигнал может получиться с искажениями.

Рис. 7. Резистивный каскад на биполярном транзисторе.
Резисторы RД1, RД2, RЭ играют вспомогательную роль - обеспечивают необходимый режим транзистора по постоянному току (режим покоя или рабочую точку транзистора). Кроме того, за счет включения в эмиттерную цепь резистора RЭ, в схеме возникает отрицательная обратная связь по постоянному и переменному току. Она осуществляет температурную стабилизацию рабочей точки транзистора .
Полярность напряжения источника питания EП отрицательное. Это обеспечивает для транзистора типа p-n-p смещение коллекторного перехода в обратном, а эмиттерного перехода в прямом направлении, т.е. активный (усилительный) режим работы транзистора.
Конденсатор CР2  называется разделительным. Он обеспечивает изоляцию (разделение) нагрузки Rн от выхода каскада по постоянному току и соединение (связь) их по переменной составляющей между собой. Аналогичную роль выполняет разделительный конденсатор CР1, обеспечивая разделение источника сигнала с усилительным каскадом.
Для устранения отрицательной обратной связи по переменной составляющей, которая возникает из-за эмиттерного резистора Rэ его шунтируют конденсатором Cэ, сопротивление Xcэ которого на низшей частоте усиливаемого сигнала должно быть на порядок меньше чем Rэ (Rэ>>Xcэ). Это ослабляет (устраняет) отрицательную обратную связь в каскаде по переменному току и устраняет влияние Rэ на коэффициент усиления по переменной составляющей.
2. Определяем данные режима работа транзистора.Значение выходного коллекторного тока в рабочей точке:
IКо=2∙Iвх.m.сл=2∙1,6∙10-3=3,2мА
Напряжение на выходе транзистора в рабочей точке:
UКЭо=0,4∙ЕК=0,4∙20=8В
Значение входного тока базы в рабочей точке:
IБо=IКоh21Эmin=3,2∙10-3100=0,032мА
Значение напряжения UБЭo можно принять для кремниевых транзисторов UБЭ0 = 0,7В.
3. Расчет элементов схемы.
Максимальный коэффициент усиления по напряжению получается приэквивалентном сопротивлении нагрузки:
RЭКВ≈12π∙fВ∙С0=12π∙0,7∙106∙105∙10-12=2166 Ом.
где: fв - верхняя частота диапазона рабочих частот (ДРЧ);
Со - нагружающая каскад емкость.По переменному току RK и RH включены параллельно, поэтому:
RЭКВ=RЭКВ∙RНRЭКВ+RН
Отсюда рассчитывается сопротивление резистора в цепи коллектора:
RК=RЭКВ∙RНRН-RЭКВ=2166∙1500015000-2166=2532 Ом.
Сопротивление резистора в цепи эмиттера - сопротивление цепи обратнойсвязи рассчитывается по формуле:
RЭ=ЕК-UКЭо-IКо∙RКIКо=20-8-3,2∙10-3∙25323,2∙10-3=1218 Ом.
Теперь можно рассчитать делитель напряжения RД1, RД2:
Необходимая стабилизация достигается, если
Iдел≈10∙IБо=10∙0,032∙10-3=0,32мА,
тогда:
RД2=UБЭо+IКо∙RЭIДЕЛ=0,7+3,2∙10-3∙12180,32∙10-3=14368 Ом,
RД1=ЕКIДЕЛ-RД2=200,32∙10-3-14362=48138Ом.
Емкость разделительного конденсатора:
Ср=12π∙fН∙(RК+RН)=12π∙40∙(2532+15000)=0,28 мкФ.
При определении емкости блокировочного конденсатора СЭ следует учесть, что она не должна вносить заметных частотных искажений, то естьсопротивление конденсатора СЭ должно быть во много раз меньшесопротивления RЭ:
СЭ=5π∙fН∙RЭ=5π∙40∙1218=33 мкФ.
4