Описание схемы каскада

Усилитель построен по схеме с общим эмиттером[1]. На рисунке 1.1 показана схема усилителя на транзисторе типа n-p-n. Статический режим (точка покоя) задается базовым делителем напряжения , и суммарным сопротивлением

резисторов и в эмиттерной цепи, которые обеспечивают термостабилизацию тока коллектора покоя за счет отрицательной обратной связи (ОС) по постоянному току.

Рисунок 1.1 – Схема однокаскадного усилителя с емкостной связью на

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КГСХА.2.12.110302.65  

биполярном транзисторе с общим эмиттером

Благодаря отрицательной ОС схема на рисунке 1.1 имеет высокую стабильность точки покоя и при изменении параметров транзистора (в первую очередь, коэффициента ) статический режим практически остается неизменным. Резистор зашунтован конденсатором достаточно большой емкости для устранения влияния этого резистора на переменном токе. Другой резистор является элементом ООС не только по постоянному, но и по переменному току, которая снижает коэффициент усиления до заданного значения, улучшая стабильность параметров усилительного каскада.

Разделительные конденсаторы и осуществляют развязку по постоянному и переменному току в цепях связи входа усилителя с источником сигнала и нагрузки с выходом усилителя. Конденсатор изолирует на постоянном токе цепь

базы от источника сигнала и в то же время соединяет вход каскада с источником на переменном токе. Конденсатор выполняет такую же функцию по отношению к выходу каскада и нагрузке. Оба конденсатора должны иметь достаточно малое сопротивление на частоте сигнала.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КГСХА.2.12.110302.65  

1.3 Расчет каскада по постоянному току

Напряжение - суммарное падение напряжения на двух резисторах и в цепи эмиттера, в режиме покоя можно принять равным 10% от напряжения источника питания . Находим:

, (1.1)

.

Остальную часть (90%) напряжения питания обозначим :

, (1.2)

.

Напряжение распределяется на двух участках: на резисторе и на транзисторе . Напряжение зависит от тока коллектора :

(1.3)

Формула (1.3) называется уравнением статической линии нагрузки. В статическом состоянии (в покое) рабочая точка характеризуется током коллектора покоя и напряжением коллектора-эмиттера покоя . Точка покоя О находится на статической линии нагрузки.

Ток коллектора покоя зависит от тока базы и напряжения , согласно уравнению выходных характеристик транзистора:

(1.4)

Следовательно, чтобы установить статический режим в точке О, нужно задать соответствующий ток базы покоя , так чтобы в точке О пересекались графики статической линии нагрузки и выходной характеристики для тока базы :

(1.5)

Резисторный делитель и в цепи базы обеспечивают ток базы покоя , который задает требуемую точку покоя (; ) в статическом режиме.

Для переменной составляющей тока коллектора (т.е. сигнала) реактивное сопротивление конденсатора мало и поэтому сопротивление нагрузки и коллектора включены параллельно. Эквивалентное сопротивление равно:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КГСХА.2.12.110302.65  

(1.6)

Колебания тока коллектора и напряжения связаны динамической линией нагрузки, которая проходит через точку покоя О под большим углом к оси , чем статическая:

(1.7)

Напряжение эквивалентного источника

(1.8)

или

(1.9)

При проектировании принимаем сопротивление и выбираем стандартный номинал руководствуясь рядом Е24 таблица 1.1

Таблица 1.1 – Стандартные номинальные значения сопротивлений

1.0	1.1	1.2	1.3	1.5	1.6	1.8	2.0	2.2	2.4	2.7	3.0
3.3	3.6	3.9	4.3	4.7	5.1	5.6	6.2	6.8	7.5	8.2	9.1

Сопротивление нагрузки , значит , выбираем стандартный номинал .

Находим по формуле (1.6) эквивалентное сопротивление нагрузки в цепи коллектора:

Положение точки покоя на статической линии нагрузки удобно определять графо-аналитическим методом, располагая графиками выходных характеристик. Для того, чтобы обеспечить симметричные условия для положительной и отрицательной полуволн колебаний выходного напряжения, точку покоя следует выбирать в середине активного участка динамической линии нагрузки. Для нашего случая выбираем значение , равное . Получаем:

После этого вычисляем ток коллектора в точке покоя, выражая его из формулы (1.3):

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КГСХА.2.12.110302.65  

Из формулы (1.5) найдем ток базы покоя:

Найдем ЭДС эквивалентного источника по формуле (1.9)

Рассчитаем сопротивления и . Базовый делитель должен обеспечивать требуемый потенциал базы в режиме покоя:

(1.10)

и ток базы покоя:

(1.11)

Существует неограниченное количество пар значений и , удовлетворяющих указанным условиям. При больших номиналах этих сопротивлений меньше влияние резисторного делителя на входное сопротивление каскада, но ниже стабильность точки покоя. При малых значениях указанных сопротивлений стабильность каскада ухудшается, но возрастает шунтирующие действие резисторов и на входную цепь. Для определения можно выбрать компромиссное условие:

(1.12)

Тогда подставив (1.12) в (1.11) получаем:

(1.13)

Вычисляем токи в базовом делителе по формулам (1.12) и (1.13)

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КГСХА.2.12.110302.65  

Теперь, используя значения токов и , рассчитаем сопротивления:

(1.14)

Округляем до ближайшего стандартного номинала .

(1.15)

Округляем до ближайшего стандартного номинала .

Суммарное сопротивление резисторов в цепи равно эмиттера равно:

(1.16)

Дата добавления: 2015-05-06