Расчет каскада усилителя низкой частоты на биполярном транзисторе по приведенной схеме

Задание 1. Расчет каскада усилителя низкой частоты на биполярном транзисторе по приведенной схеме:

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ:

Решение:

1.  Напряжение на коллекторе транзистора в состоянии покоя:

2.  Ток базы транзистора в состоянии покоя:

3.  Ток делителя, протекающий по резисторам R, :

=0.15 мА

4.  Напряжение источника питания схемы как сумму трех напряжений:

=12.1В

5.  Падение напряжения на резисторе делителя как сумму двух напряжений:

=2.5В

6.  Падение напряжения на резисторе  как разность напряжений питания  и падения напряжения на резисторе :

=9.6В

7.  Сопротивление резистора  по закону Ома:

=16.67 кОм

8.  При расчете сопротивления резистора  нужно учитывать, что через него протекает сумма токов , поэтому  =53 кОм

9.  Входное сопротивление  усилителя для переменного тока как эквивалентное сопротивление трех соединенных параллельно сопротивлений

10.  Сопротивление нагрузки усилителя возьмем такое же значения как , т.е. =0.862кОм

11.  Сопротивление резистора  по закону Ома:

=2.23кОм

12.  Т.к. рефактивное сопротивление конденсатора  на самой низкой частоте должно быть в несколько раз меньше, чем входное сопротивление , то имеем:

=38.7, мкФ

Емкость шунтирующего  конденсатора в эмиттерной цепи как:

=14.95, мкФ

Емкость разделительного конденсатора на выходе схемы как:

=38.7 мкФ

13.  Коэффициент усиления по напряжению в области средних частот , где  сопротивление переменному току эквивалентное параллельно включенным резисторам  и  , Ом (- выходное сопротивление транзистора). h 22 измеряется в 1/Ом (в условии тоже она дана в 1/Ом), Rh=Rвх (см. условие), Rk дано в таблице к условия, h22, дано в таблице к условию

=1.37 кОм^-1

кОм

=23.60

14.  Рассеиваемая на коллекторе мощность  не должна превышать максимально допустимой мощности , которая приводится в таблице данных. При превышении мощности необходимо изменить режим работы транзистора, уменьшив ток коллектора до 0,5мА. Это значит, что надо пересчитать все заново, начиная с пункта 1, приняв I_k0=0.5мА.

=0.005 Вт (не превышает максимально допустимой мощности ).

=0.005Вт

16. Мощность, рассеиваемая отдельно на резисторах  и :

U_K0  - найдено в п.1

I_Б0 - найдено в п.2

остальные величины даны в условии.

=0.0048 Вт

=0.003 Вт

Комментарий к работе схемы усилителя:

При работе транзистора в электрической цепи всегда различают 2 режима его работы: режим работы по постоянному току (статический) и режим работы по переменному току (динамический). Например, если ток пульсирует по синусоиде вокруг значения 1А с амплитудой 0.1А, то условно считают, что в цепи есть 2 тока: один постоянный и равный 1А, а второй – переменный, колеблющийся по синусоиде с заданной частотой и амплитудой 0.1А. Решают 2 задачи: на постоянный  ток и на  переменный ток. Потом решения складывают. Это называется принципом суперпозиции. Он справедлив только в случае, когда амплитуда колебаний переменной составляющей тока  мала по сравнению со значением постоянной составляющей тока.

Режим работы транзистора по постоянному току настраивается резисторами, а режим работы по переменному току настраивается конденсаторами.

Транзистор + набор резисторов и конденсаторов, необходимый для настройки режима его работы = каскадный усилитель или каскад.

Обычно в электрических цепях транзисторов не один, а много. Всегда проще настроить каждый транзистор по отдельности (собрать нужный каскад, с нужным коэффициентом усиления), а потом соединить каскады друг с другом. Поэтому на входе и выходе каскадного усилителя всегда ставят конденсатор, который обеспечивает независимость настройки каскадов: не пропускает постоянный ток.