Условие:
схемы транзисторных усилительных каскадов с ОЭ, ОБ и ОК (рис.1).
- тип используемого транзистора – КТ315 №2;
- напряжение питания ЕК =12 В;
- параметры рабочей точки транзистора: IК0=11 мА,
IБ0=60 мкА;
- внутреннее сопротивление источника сигнала RГ=2 кОм;
- активное сопротивление нагрузки RН =0,3 кОм;
- емкость нагрузки CН=150 пФ;
- нижняя рабочая частота усилителя (по уровню
1/ 2
) fН=150 Гц;
- характеристики транзисторов (рис.2).
Требуется
Для схем усилительных каскадов c ОЭ, ОК, ОБ рассчитать:
- Сопротивления резисторов R1, R2, RК, RЭ , обеспечивающие заданную рабочую точку
транзистора. Построить нагрузочную прямую. (Отношение IR1/IБ0 принять равным 10).
- H- параметры транзистора в заданной рабочей точке;
- Коэффициенты усиления KU, KI, KP ;
- Входные и выходные сопротивления транзистора (RВХ, RВЫХ ) и каскада в целом (R*ВХ,
R*ВЫХ );
- Емкости конденсаторов CР1, CР2, СЭ, обеспечивающие заданные параметры каскада на
частоте fН;
- Верхнюю частоту усилительного каскада с ОЭ
Решение:
Для решения задачи по расчету транзисторных усилительных каскадов с ОЭ (эмиттерным следящим), ОК (коллекторным) и ОБ (базовым) мы будем следовать шагам, описанным ниже.
Шаг 1: Расчет резисторов R1, R2, RK, RE
1. Определение тока коллектора (IC0) и тока базы (IB0):
- IC0 = 11 мА
- IB0 = 60 мкА
2. Расчет коэффициента усиления по току (β):
\[
β = \frac{IC}{IB} = \frac{11 \, \text{мА}}{60 \, \mu\text{А}} = \frac{11 \times 10^{-3}}{60 \times 10^{-6}} \approx 183.33
\]
3. Определение тока эмиттера (IE):
\[
IE \approx IC + I_B \approx 11 \, \text{мА} + 0.06 \, \text{мА} \approx 11.06 \, \text{мА}
\]
4. ...: - Напряжение на эмиттере (VE) можно принять равным 0.7 В (для кремниевых транзисторов). \[ RE}{I_E} = \frac{0.7 \, \text{В}}{11.06 \times 10^{-3} \, \text{А}} \approx 63.23 \, \Omega \] 5. : - Напряжение на коллекторе (VK) будет равно напряжению питания (EK) минус напряжение на RE. \[ VK - V_E = 12 \, \text{В} - 0.7 \, \text{В} = 11.3 \, \text{В} \] \[ RK}{I_C} = \frac{11.3 \, \text{В}}{11 \times 10^{-3} \, \text{А}} \approx 1027.27 \, \Omega \] 6. : - Отношение IR1/IB0 = 10, следовательно, I_R1 = 10 * IB0 = 0.6 мА. - Напряжение на R1 и R2 должно быть равно 12 В. \[ RK}{I_{R1}} = \frac{12 \, \text{В}}{0.6 \times 10^{-3} \, \text{А}} = 20 \, кОм \] \[ RE}{I_B} = \frac{0.7 \, \text{В}}{60 \times 10^{-6} \, \text{А}} \approx 11.67 \, кОм \] Для расчета H-параметров в заданной рабочей точке используем следующие формулы: 1. : \[ HB + \frac{R_E}{β + 1} \approx 20 \, кОм + \frac{63.23 \, \Omega}{183.33} \approx 20.34 \, кОм \] 2. : \[ H{21}}{H_{11}} \approx 0 \] 3. : \[ H_{21} = β \approx 183.33 \] 4. : \[ HK \approx 1027.27 \, \Omega \] 1. : \[ K{21} \cdot R{11}} \approx \frac{183.33 \cdot 1027.27}{20.34} \approx 9170.67 \] 2. : \[ K{21} \approx 183.33 \] 3. : \[ KU \cdot K_I \approx 9170.67 \cdot 183.33 \approx 1.68 \times 10^6 \] 1. : \[ R{11} \approx 20.34 \, кОм \] 2. : \[ R{22} \approx 1027.27 \, \Omega \] 3. : \[ R^*{ВХ} \approx 20.34 \, кОм \] \[ R^*{ВЫХ} \approx 1027.27 \, \Omega \] 1. : \[ C{Н} R_{ВХ}} \approx \frac{1}{2 \pi \cdot 150 \cdot 20.34 \times 10^3} \approx 52.3 \, нФ \] 2. : \[ C{Р1} \approx 52.3 \, нФ \] 3. : \[ C{Н} = 150 \, пФ \] Для расчета верхней частоты используем формулу: \[ f{ВЫХ} C_{Н}} \approx \frac{1}{2 \pi \cdot 1027.27 \cdot 150 \times 10^{-12}} \approx 1.03 \, МГц \] Таким образом, мы рассчитали все необходимые параметры для транзисторных усилительных каскадов с ОЭ, ОК и ОБ.
