Расчет усилительного каскада на биполярном транзисторе МП111

Расчет режима по постоянному току
Расчет режима по постоянному току проведем из напряжения питания заданного в ТЗ, тогда
EK = 15 В
По известным величинам сопротивления резисторов Rк и Rэ построим нагрузочную прямую на ВАХ, как показано на РИС-2.
UКЭ= EK - IK·(RK+RЭ)
RK = EK/IK = 40/15 = 2,7 кОм.
Чем больше значение Rэ , тем глубже отрицательная обратная свяьз по постоянному току и, следовательно, термостабильность схемы будет лучше.
Выбираем рабочую точку (ток покоя транзистора) Uкэ0 = 7,5 В; Iк0 = 0,80 мА.
Падение напряжения на Rэ составит 0,8 В, которым в расчетах можно пренебречь
Определим мощность рассеивания на коллекторе транзистора Pk в рабочей точке:
Pk=Uкэ∙Ik=7,5∙0,0008=6,0 мВт.
Мощность, рассеиваемая на коллекторе в рабочей точке меньше максимально допустимой, следовательно, рабочий режим выбран правильно.
По входным вольт-амперным характеристикам определим ток базы в рабочей точке, он составляет Iб = 0,05 мА., а
напряжение Uбэ = 0,50 В.
В области рабочей точки, по входным и выходным вольтамперным характеристикам методом треугольников найдем h – параметры транзистора при включении его по схеме с общим эмиттером.
h11э-входное сопротивление транзистора (РИС-1) (соответствующих выбранному напряжению на коллекторе – UКЭ =const)
h11э=∆Uбэ∆Iб=Uбэ2-Uбэ1Iб2-Iб1=0,55-0,450,6-0,4∙10-4=200 Ом.
h12э-коэффициент обратной связи по напряжению транзистора (РИС-1) (т.е. обеспечиваем выполнение условия IБ =const)
h12э=∆Uбэ∆Uкэ=Uбэ2-Uбэ1Uкэ2-Uкэ1=0,55-0,4520,0-4,0=0,000625.
h22э-выходная проводимость транзистора (РИС-1) (выбирается одна из имеющихся характеристик IБ и на ней отмечаются две точки)
h22э=∆Iк∆Uкэ=Iк2-Iк1Uкэ2-Uкэ1=1,15-0,75∙10-32-1=0,40∙10-3См.
h21э- коэффициент передачи тока транзистора (РИС-1) (необходимо выбрать значение UКЭ и на кривых, соответствующим двум значениям тока базы)
h21э=∆Iк∆Iб=Iк2-Iк1∆Iб=1,15-0,55∙10-30,08∙10-4=75.
Определение параметров Т-образной эквивалентной схемы произведем по имеющимся hэ параметрам:
rк-сопротивление коллекторного перехода;
rэ-сопротивление эмиттерного перехода;
rб- сопротивление базы; для дрейфового транзистора rб=rб' т.е . равно распределенному сопротивлению базы.
На основании вычисленных h-параметров построим эквивалентную схему транзистора (РИС.-4) для схемы включения с ОЭ и вычислим ее параметры:
РИС.-3 Эквивалентная схема БТ с использованием h-параметров для схемы включения ОЭ.
РИС.-4 Т-образная физическая эквивалентная схема n-p-n БТ.
rк=h21э+1h22э=75+10,40∙10-3=190,0∙103 Ом,
rэ=h12эh22э=0,0006250,4470∙10-3=6,0 Ом.
rб=rб'=h11э-h12эh21э+1h22э=200-0,000625∙760,40∙10-3=37,2 Ом.
Сопротивление rб можно определить для типового режима по имеющимся значениям емкости коллекторного перехода Cк и постоянной времени цепи обратной связи τк. По справочным данным имеем τк=3500 пс, Cк=150 пФ.
Подставив эти значения в формулу для rб, получим:
rб=τкCк=3500∙10-12150∙10-12=23,0 Ом.
Определим значения сопротивления резистора R1 и R2 исходя из того, что ток базового делителя должен быть в 5-7 раз больше тока базы.
IД = 7·IБ = 7·0,05 = 0,35 мА
Тогда
Падение напряжения на резисторе RЭ = 1 кОм составит UЭ = RЭ·IЭ = 1000·0,85·10-3 = 0,85 В.
R2=UБIД=0,5+0,850,35·10-3=3,85 кОм.
R1=Е-UБIД=15-1,350,35·10-3=39,0 кОм.
Для вычисления входного сопротивления каскада потребуется значение сопротивления RБ параллельного включения RБ1 и RБ2
RБ = R1·R2R1+R2 = 3,85·39,03,85+39,0=3,50 кОм
Определяем емкость в цепи эмиттера Сэ из условия Rэ = (5 - 10)Хэ, где Хэ – емкостное сопротивление элемента Сэ. При этом
= 107/(2·2·π·200·1000) = 3,97 мкФ, выбрав fн = 200 Гц.
2. Расчет режима усилительного каскада по переменному току
В основу расчета положим эквивалентную схему каскада для средних частот.
Графический вариант расчета.
По вольт-амперным характеристикам определим амплитудные значения UВХ = UБЭ = 0,1 В; IKmax = 1,0 мА; UKmax = 10 В; IБmax = 0,06 мА
Построим нагрузочную прямую по переменному току. Согласно эквивалентной схеме сопротивлением нагрузки усилительного каскада является эквивалентное сопротивление Rн' равное:
Rн'=Rк∥Rн
Однако ввиду того, что сопротивление нагрузки не задано, то можно считать Rн'=Rк
Определим входное сопротивление каскада Rвх.к
Rвх.к=Rб∥Rвх.Т=Rб∙Rвх.ТRб+Rвх.Т=3,5∙0,23,5+0,2=0,189 кОм.
где Rвх.Т входное сопротивление транзистора
Rвх.Т=h11э=0,20 кОм.
Определим амплитуду входного тока, поступающего в усилительный каскад Iвх.Б
Iвх.Б=Uвх.БRб2+Rвх.Б=0,13,5+0,189=0,027 мА.
Амплитуда напряжения сигнала на входе каскада
Uвх.Б=0,1 В.
На входных характеристиках РИС.-1 отложим размах переменного напряжения Uвх.Б относительно точки покоя