Аналогові електронні пристрої
Графоаналітичний розрахунок робочого режиму
За початковими даними вибираємо транзистор виходячи з того, що пряма навантаження на вихідних характеристиках повинна перетинати сімейство тих характеристик, що забезпечують потрібний розмах вхідного струму. Один з таких транзисторів - КТ 312А. Його параметри:
Ik max = 30 mA.
Uкэ max = 20 В.
Uкб max = 20 В.
Pк max = 225 мВт.
h21э = 10 - 100.
fгр = 300 МГц.
1. Схема використовується для підсилення малих сигналів без спотворень. Напруга змінного сигналу може мати як позитивне, так і негативне значення. Тому й при рівному нулю вхідному сигналі (режим спокою) у транзисторі повинні існувати струми бази та колектора, а для розрахунку робочого режиму транзистора потребуються сімейства вхідних і вихідних характеристик. Які для даного транзистора приведені в додатку А.
2. На сімействі вихідних ВАХ наводимо криву максимально допустимої потужності. Для цього надаємо різні значення Uке в межах значень наведеної характеристики, обчислюємо струм колектора за формулою:
Iк = Рк. макс / Uке. (1.1)
та зєднуємо отримані точки.
3. Хід навантажувальної прямої за постійним струмом і положення робочої точки визначається точкою Ек на вісі абсцис, при цьому пряма перетинає вісь ординат в точці за формулою:
. (1.2)
Через ці позначені точки необхідно провести пряму навантаження.
Опір Rе потрібно визначити виходячи з таких міркувань. Для підвищення коефіцієнта стабілізації збільшують Rе наскільки дозволяє джерело та зменшують
Rб = R1/R2 (1.3)
Але при малому Rб зростає струм споживання транзистора та погіршуються його енергетичні показники. Як правило,
URе = (0,15…0,2) • Ек. (1.4)
URе = 0,2 • 15 = 3 В.
Орієнтуючись на типовий режим транзистора Uке = 5В,
Іко = Іе = 1…5 мА.
Приймаємо значення Іко = 5мА і визначаємо Rе за формулою:
Rе = URе / Іе. (1.5)
Rе = 3/5 •10-3 = 600 Ом.
Отже із ряду номіналів Е24 приймаємо резистор рівний 600 Ом.
Визначаємо його потужність
PR = I2 • R (1.6)
PRе = (5 •10-3) 2 • 600 = 0,015 Вт.
Приймаємо потужність резистора рівною 0,125 Вт.
За формулою 1.2 розраховуємо Iк
= 9,4 мА.
та відмічаємо Ік на графіку 1 (додаток А), будуємо навантажувальну пряму.
4. Обираємо на навантажувальної прямої положення робочої точки спокою А так, щоб забезпечити задану зміну змінної складової струму бази Іmб в позитивному та негативному напрямках. Робоча точка визначить постійну складову струму бази Ібо, яка дорівнює 150 мкА (струм бази в режимі спокою), постійну складову струму колектора Іко (струм колектора в режимі спокою), постійну складову напруги на колекторі Uкео (наруга спокою на колекторі), яка дорівнює 12 В.
5. Амплітуда змінної складової струму колектора
Іmк = (Ік макс - Ік мін) / 2 (1.7)
Іmк = (7 - 3,5) / 2 = 1,75 мА.
6. Амплітуда змінної напруги на навантаженні
Um н = Іmк • Rк. (1.8)
Um н = 1,75 •10-3 • 1 • 103 = 1,75 В.
7. Коефіцієнт підсилення за струмом
КІ = Іmк / Іmб. (1.9)
КІ = 1,75 •10-3/45 •10-6 = 39.
8. Вихідна потужність
Рвих = 0,5 • Іmк • Um н. (1.10)
Рвих = 0,5 • 1,75 •10-3 • 1,75 = 1,53 мВт.
9. Потужність, що споживається в колекторному колі
Рспож = Ек • Іко. (1.11)
Рспож = 15 • 5 • 10-3 = 0,075 Вт.
10. ККД колекторного кола
= Рвих /Рспож • 100%. (1.12)
= (1,53 •10-3/0,075) • 100 = 2,04%
11. На вхідній ВАХ, графік 2 додаток А, позначаємо точку А, котра відповідає Ібо, і за графіком знаходимо Uбео = 0,7 В, а для значень Ібмакс і Іб мін (точка Б і В на графіку) - відповідно Uбе макс = 0,77 В і Uбе мін = 0,71 В.
12. Амплітуда вхідної напруги
Umб = (Uб макс - Uб мін) /2. (1.13)
Umб = (0,77 - 0,71) / 2 = 30 мВ.
13. Коефіцієнт підсилення за напругою
КU = Um н / Umб. (1.14)
КU = 1,75/0,03 = 58,3.
14. Коефіцієнт підсилення за потужністю
КР = КІ • КU. (1.15)
КР = 39 • 58,3 = 2275.
15. Вхідна потужність
Рвх = 0,5 · Іmб · Umб. (1.16)
Рвх = 0,5 · 0,045 •10-3 · 0,03 = 0,675 мкВт.
16. Вхідний опір
Rвх = Umб / Іmб. (1.17)
Rвх = 0,03/0,045 •10-3 = 667 Ом.