Определение координат точки покоя. Построение статической и динамической линии нагрузки. Определение требований к транзистору по предельным параметрам и ВАХ. Выбор транзистора

Обозначение	Режим измерения	КТ602А
h21э	Uкэ=10 B, Iэ=10 mA, θокр=20˚ С θокр=85˚ С	20…80 16…240
fгр, МГц	Uкэ=10 В, Ik=25 mA	≥ 150
Iкбо, mA	Uкбо = 120 В	≤ 70
Iэбо, mA	Uкэ = 10 B	50
Uкэ нас, В	Ik = 50 mA, Iб = 5 мА	≤ 3
Uбэ нас, B	Ik = 50 mA, Iб = 5 мА	≤ 3
Uкэо , В	Iэ = 50 мА, τu = 5 mkc	70
Ikmax, mA	------------------	75
UкэR , В	Rбэ = 100 Ом	100
Uкб мах, В	θпер = 100˚ С	120
UкэR мах, В	θпер = 100˚ С	100
Ск, пФ	Uкб = 50 B, f = 2 MHz	≤ 4
Сэ, пФ	Uэб = 0 B, f = 2 MHz	≤ 25
τк , пС	Uкб = 10 B, Iэ = 10 мА	≤ 300
Рк мах, мВт	θпер = 20˚ С	850
Рк мах т, Вт	θпер = 20˚ С	2,8
R пер-окр, ˚ С/Вт	-------------------	150
R пер-корп, ˚ С/Вт	-------------------	45
θпер. мах  С	-------------------	120

Рис.3. Выходные ВАХ транзистора и линии нагрузки.

Транзистор КТ602А можно считать оптимально подобранным, так как динамическая линия нагрузки ( ДЛН ) пересекает выходные вольт-амперные характеристики не менее 6 раз и, к тому же, имеется значительный запас по предельным параметрам.

II. Определение координаты точки покоя O [ Uoк ; Iок ] на входных ВАХ, расчёт элементов, обеспечивающих режим покоя.

Согласно пункту расчёта I, координаты точки покоя O [ Uoк ; Iок ] на выходных ВАХ соответствуют току покоя базы . При этом, .

По токам базы на входной ВАХ определяю .

Рис.4. Входная ВАХ транзистора.

Для уменьшения влияния тока базы ток делителя выбирается из условия I_дел = (5¸10)I_об.   

Ток делителя выбираю

Сопротивления резисторов делителя R_б1 и R_б2 определяю из уравнений входной цепи :

 

Выбираю сопротивления делителя :

R_б1 = 10000 Ом,  R_б2 = 430 Ом.

III. Графоаналитический расчёт параметров усилителя :

Для определения параметров усилителя на входной характеристике нахожу значения   

переменных входных сигналов (рис. 4)

и рассчитываю параметры:

Входное сопротивление транзистора : 

Входное сопротивление усилителя      Rвх= Rвхт êêR_б,                        где

R_б – эквивалентное сопротивление базы :

         

 

Коэффициент усиления по напряжению : 

Входной ток : Iвхm= Iбm+ Uбm/R_Б, или .

Необходимое напряжение генератора :

Сквозной  коэффициент усиления по напряжению :   

Коэффициент усиления транзистора по току :  

Коэффициент усиления усилителя по току :

Коэффициент усиления транзистора по мощности :

Коэффициент усиления усилителя по мощности :

Мощность сигнала на выходе транзистора :

Мощность сигнала на нагрузке :

Потребляемая мощность :

Коэффициент полезного действия :

IV. Определение hэ-параметров по статическим ВАХ. Расчёт физических параметров

Т-образной схемы замещения в схемах ОЭ и ОБ. Схемы замещения.

Согласно статическим входным и выходным вольт-амперным характеристикам транзистора

( рис.3. и рис.4. ) :

Нахождение параметра  (Входное сопротивление при коротком замыкании на выходе ) :

 

Нахождение параметра  ( коэффициент обратной связи по напряжению при х.х. на входе  ):

Нахождение параметра  ( коэффициент передачи тока при к.з. выходной цепи ):

Параметр h_12э определить по статическим ВАХ невозможно, так как справочные входные

ВАХ содержат только одну кривую семейства. Приводимая кривая для Uкэ=0 не может быть использована, поскольку соответствует режиму насыщения транзистора.

Для определения параметра h_12э можно воспользоваться физическими параметрами.

j_Т=25мB – температурный потенциал.

Выходная проводимость транзистора при холостом ходе входной цепи.

Нахождение физических параметров Т-образной схемы замещения в схеме ОЭ :

                                                                   

 

                                                                      

Рис.5. Малосигнальная физическая Т-образная схема замещения

биполярного транзистора в схеме включения ОЭ.

Нахождение физических параметров Т-образной схемы замещения в схеме ОБ :

                                                                         

 

rэ                                   

                                                                     

Рис.6. Малосигнальная физическая Т-образная схема замещения

биполярного транзистора в схеме включения ОБ

V. Определение параметров усилителя Rвх, К_U, К_iT через h_Э – параметры.

Значения, полученные при графоаналитическом расчёте (п.III)

       ;               ;         

Погрешности вычислений :

Погрешность определения параметра h_11Э ( входного сопротивления ) :

VI. Расчёт ёмкостей разделительных конденсаторов.

Разделительные конденсаторы С₁ и С₂ предотвращают прохождение постоянных составляющих напряжений на вход и выход усилителя и пропускают переменные сигналы. Для пропускания переменных сигналов сопротивления конденсаторов должны быть меньше сопротивлений соответствующих резисторов во всем диапазоне частот усиливаемых гармонических сигналов и рассчитываются на нижней частоте.

fн = 60 Гц.

Выбираю С₁ = 75 μФ

Выбираю С₂ = 9.1 μФ

VII. Расчёт параметрического стабилизатора напряжения Ек , определение параметров Rвых, Кст.

Существенно улучшить параметры стабилизатора позволяет применение эмиттерного повторителя напряжения на биполярном транзисторе. Режим работы стабилитрона в этом случае близок к оптимальному – режиму холостого хода.

Задамся предварительно β = 50. Тогда

В качестве стабилитрона выбираю два стабилитрона

КС215Ж с номинальным напряжением стабилизации

Uст =15 В при номинальном токе Iст = 2 мА.

Рис.7. Параметрический стабилизатор с эмиттерным повторителем.

Таблица 2 : значения параметров стабилитрона КС215Ж.

Предельные значения параметров при Т=25°С			Значения параметров при Т = 25°С
Uст ном, В	Iст ном, mA	Pк макс, мВт	Uст мин, B	Uст макс, B	Iст мин, мА	Iст макс, мА	Tкмакс, °С	rст, Ом
15	2	125	13,5	16,5	0,5	8,3	125	70

Условие по току выполняется с запасом :

Определю величину сопротивления R :

Выбираю R = 2.4 кОм.

Рассчитаю Uв :

             Выбираю Uв = 41 B.

Определю пределы изменения Uв :

Проверяю режим стабилизации :

Параметры стабилизатора:

Коэффициент стабилизации :

Выходное сопротивление эмиттерного повторителя :

Принимая ориентировочно h_11Э = 1 кОм.

Для выбора транзистора определю предъявленные к нему требования :

Выбираю эпитаксиально-планарный кремниевый транзистор КТ603Б