Графоаналитический расчет рабочего режима биполярного транзистора

Расчет стабилизаторов постоянного напряжения

Рисунок 6 - Схема компенсационного стабилизатора последовательного типа на транзисторе

1) Рассчитаем сопротивление R_б из выражения:

; Ом;

Выбираем стандартное значение R_б = 1 кОм

где I_б»I_{ст.макс.}/b; I_б » ;

и выбираем ток I_ст. в пределах I_ст.мин.<I_ст.<I_{ст.макс.}-I_б. Выбираем - номинальный ток стабилитрона.

2) Выходное сопротивление стабилизатора:

;

где r_э, r_б^' - сопротивления эмиттера и базы транзистора.

где ;

;

3) Коэффициент стабилизации определяется из соотношения:

, где ;

4) Коэффициент полезного действия:

Рисунок 7 - Вольт – амперная характеристика стабилитрона

Рисунок 8 - Усилительный каскад по схеме с общим эмиттером

1) Построим линию максимально допустимой мощности, используя уравнение:

Подставляя в него значения | U_кэ | равные 7,5; 10; 15;В получаем значения I_к, равные 20; 15; 10;мА соответственно. Построенная по этим точкам линия P_кmax показана на рисунке 9.

2) Используя уравнение линии нагрузки I_к=(U_ст - U_кэ)/R_НУК, на семейство выходных характеристик наносим линию нагрузки: при I_к=0 U_кэ= U_ст= 7,8 В - первая точка линии нагрузки; при U_кэ = 0, I_к = U_ст./R_НУК = 15,6 мА - вторая точка линии нагрузки;

3) Определим рабочий участок АБ.

4) Выбираем рабочую точку Т посередине рабочего участка.

5) Постоянная составляющая тока базы I_б0=60 мкА. Ей будут соответствовать постоянная составляющая тока коллектора I_ко = 6,5 мАи постоянная составляющая напряжения U_кэ0 = 4,5 В.

6) Амплитуда переменной составляющей тока базы I_{m б} = 80 мкА

7) Амплитуду переменной составляющей тока коллектора определим как среднее значение:

8) Амплитуда переменного напряжения на нагрузке

9) Коэффициент усиления по току:

К_I =I_mk / I_{m б} = 4 ∙ 10 ^{- 3}/(80 · 10 ^{– 6} ) = 50

10) Выходная мощность:

P_вых = 0,5 · I_mкU_mR = 0,5×4·10^{- 3}×2 = 4 мВт.

11) Полная потребляемая мощность в коллекторной цепи:

Р₀ = E_пит.I_к0 = 7,8·6,5·10^-3 = 50,7 мВт.

12) КПД коллекторной цепи:

h=Р_вых / Р_о = 4∙10^-3/(50,7·10^-3) = 0,08 = 8%.

13) Мощность, рассеиваемая на коллекторе постоянной составляющей коллекторного тока:

Р_к0 = I_k0U_кэ0 = 6,5∙10^-3 ∙ 4,5 = 29,25 мВт < Р_кmax = 150 мВт,

то есть режим работы допустим.

14) Расчеты по семейству входных характеристик: U_бэ0 = 0,79В;

Амплитуда входного напряжения:

15) Модуль коэффициента усиления по напряжению:

|K_u| = U_mкэ/ U_mбэ = 2/0,035 = 57,14.

16) Коэффициент усиления по мощности:

К_р = |K_IK_u| = 50 × 57,14» 2857

17) Входная мощность:

Р_вх = 0,5I_mбU_mб = 0,5×80×10^-6×0,035 = 1,4 мкВт.

18) Входное сопротивление:

R_вх = U_mбэ/I_mб = 0,035/(80×10^-6) = 437,5 Ом

19) Сопротивление резистора:

кОм.

Выбираем стандартное значение R_б = 1 МОм

20) Емкость конденсатора С_р определяетсяиз условия: 1/(w_нС_р) = R_вх /10,

где w_н - низшая рабочая частота.

Тогда

Выбираем стандартное значение С_р = 100 мкФ

а б

Рисунок 9 – Статические характеристики биполярного транзистора:

а) – входные; б) - выходные
5. Расчет h – параметров биполярного транзистора и основных параметров усилительного каскада.

Характеристики в рабочей точке:

1) По точкам В и Г (рис. 10б) определим:

2) По точкам Д и Е определим:

R_вых = 1/h_22э = 1/(100^.10^{- 6} ) = 10 кОм.

3) По точкам М и N (рис. 10а) определим:

4) Крутизна характеристики транзистора:

S=y_21э= h_21э / h_11э = 100/500 = 200 мА/B.

5) Параметры усилительного каскада:

Коэффициент усиления по току К_I = h_21э = 100, а точнее

К₁ = h_21э·R_вых/(R_н+R_вых) = 100×10×10³/(0,5×10³ + 10×10³) = 95,24

что сходится с результатом графоаналитического расчета.

Входное сопротивление R_вх » h_11э = 500 Ом.

Коэффициент усиления по напряжению

К_u » -h_21эR_н/R_вх » -100·500/500 = - 100, а точнее

К_u»-95,24×500/500 = -95,24

Коэффициент усиления по мощности

К_р =|К_I К_u|= 95,24 · 95,24 = 9070,66

Рисунок 10 – Статические характеристики биполярного транзистора:

а) – входные; б) - выходные

Дата добавления: 2015-05-06