Расчет элементов однокаскадного усилителя (стр. 3 из 4)
Недостатки схемы с общей базой:
малое усиление по току, так как α < 1
Малое входное сопротивление
Два разных источника напряжения для питания.
Достоинства:
Хорошие температурные и частотные свойства.
Высокое допустимое напряжение.
Биполярный транзистор - трёхэлектродный полупроводниковый прибор, один из типов транзистора. Электроды подключены к трём последовательно расположенным слоям полупроводника с чередующимся типом примесной проводимости. По этому способу чередования различают npn и pnp транзисторы (n (negative) - электронный тип примесной проводимости, p (positive) - дырочный). В биполярном транзисторе, в отличие от других разновидностей, основными носителями являются и электроны, и дырки (от слова "би" - "два"). Схематическое устройство транзистора показано на втором рисунке.
Электрод, подключённый к центральному слою, называют базой, электроды, подключённые к внешним слоям, называют коллектором и эмиттером. На простейшей схеме различия между коллектором и эмиттером не видны. В действительности же коллектор отличается от эмиттера, главное отличие коллектора - бо́льшая площадь p - n-перехода. Кроме того, для работы транзистора абсолютно необходима малая толщина базы.
1.4 Параметры транзистора П14
П13, П13А, П13Б, П14, П14А, П14Б, П15, П15А
Германиевые плоскостные транзисторы типа П13, П13А, П14, П15 предназначены для усиления электрических сигналов промежуточной частоты. Транзистор П13Б предназначен для работы в схемах с низким уровнем шумов в схемах ОБ.
Выпускаются в цельнометаллических герметизированных сварных патронах со стеклянными изоляторами. Вес 2г.
Проводимость p-n-p.
Электрические параметры
Наибольшая частота усиления по току
П13, П13А - 465 кГц
П13Б, П14, П14А, П14Б - 1 МГц
П15, П15А - 2 МГц (1,6 МГц) *
Напряжение коллектора - 5 В
Номинальный ток эмиттера
П13, П13Б, П14 - 1 мА
П13А - 0,5 мА
Нулевой ток коллектора
П13А - 15 мкА
П14 - 5 мкА
Обратный ток коллектора
П13 не более - 15 мкА
П13Б - 10 мкА
П15 - 5 мкА (< 15 мкА) **
Обратный ток эмиттера при Uэ = - 5В не более 15 мкА (не более 30 мкА) **
Входное сопротивление при КЗ на выходе, f = 1000 Гц 40 Ом (< 32 Ом) **
Входное сопротивление при Iк = 1 мА, f = 270 Гц
П13А - 5 кОм
П14, П15 - 3 кОм
Выходное сопротивление - 50 кОм
Сопротивление базы на частоте 465 кГц (П14, П15) - 150 Ом
Крутизна характеристики
П13А - 30 мА/В
П14, П15 - 25 мА/В
Коэффициент усиления по току в схеме с общей базой, f = 1 кГц
П13 - 0,92
П13А - 0,97
П13Б, П14 - 0,95
П15 - 0,965 (0,95) *
Коэффициент усиления по току в схеме с общим эмиттером, Iк = 1 мА, f = 270 Гц
П13 > 12 (12…45) **
П13А > 32 (20…60) **
П13Б, П14, П14А, П15 > 20
П14Б > 30 (30…60) **
П15А > 50 (50…100) **
Коэффициент обратной связи по напряжению, f = 1 кГц
П13, П14, П15 5х10-3
П13А, П13Б 6х10-4
П14А 7х10-3
Емкость коллектора на частоте 465 кГц 50 пФ
Емкость коллектора при Uкб = 0,1 В
П13 - 100 пФ
П14 - 80 пФ
П15 - 20 пФ
Коэффициент шумов в схеме ОЭ при Uк = - 1,5В, Iэ = 0,5мА, f = 1 кГц
П13, П13А, П15, П14 - 33 дБ
П13Б, П14Б - 12 дБ
Выходная проводимость на входе при холостом ходе на частоте 1000 Гц
П13, П14, П15 - 3,3 мксим
П13А - 2,2 мксим
П13Б - 2,0 мксим
П14А, П14Б, П15А - 2,5 мксим
Тепловое сопротивление корпуса 0,5°С/мВт (0,2°С/мВт) **
* ранние выпуски транзисторов
**последние выпуски транзисторов
Предельные эксплуатационные данные
Напряжение коллектор-база при Тк < 50°С
П13, П13А, П13Б, П14, П15, П15А - 15 В
П14А, П14Б - 20 В
Импульсное напряжение коллектор-база при Тк < 50°С 30 В
Ток коллектора в режиме усиления
П13, П13А, П14, П15 - 20 мА, П13Б - 10 мА
Импульсный ток коллектора - 50 мА (150 мА) *
Ток эмиттера в режиме усиления - 10 мА (20 мА) *
Ток эмиттера в режиме переключения - 50 мА
Рассеиваемая мощность при Тк < 50°С - 150 мВт
Температура окружающей среды
П13, П13А, П13Б, П14А, П14Б, П15А - 60 … +85°С
П14, П15 - 50 … +60°С
Температура перехода - 60 … +100°С
Относительная влажность воздуха при - +40°С до 98%
Наибольшее ускорение при вибрации - 12 g
Наибольшее ускорение при одиночном ударе - 120 п
* по некоторым источникам
Зависимость крутизны характеристики, внутреннего сопротивления, входного сопротивления и емкости коллектора транзистора П13А от тока коллектора в схеме с общим эмиттером
Зависимость крутизны характеристики, внутреннего сопротивления и входного сопротивления от частоты.
2. Расчёт параметров и описание принципиальной схемы устройства
Необходимо составить и рассчитать схему однокаскадного усилителя с эммиторной термостабилизацией. Определить коэффициенты усиления по току, напряжению и мощности, входное и выходное сопротивление, элементы термостабилизации.
Тип транзистора - П 14;
Схема включения - с общей базой;
2.1 Выбор рабочей точки
Построим нагрузочную прямую на семействе выходных характеристик транзистора, изображенную на рисунке 3.1 Для построения нагрузочной прямой требуется всего лишь провести прямую через две точки, а именно: через точку с координатой (EИП; 0) и точку с координатой (0; IК max).
Выходная вольт-амперная характеристика
После построения нагрузочной прямой выбираем рабочую точку. На семействе входных характеристик отметим данную рабочую точку.
Рабочая точка имеет следующие координаты:
2.2 Определение коэффициентов усиления транзистора П 14
2.2.1 Определение коэффициента усиления
по току.Из параметра
найдем коэффициент усиления по току: 
2.2.2 Определение коэффициента усиления
по напряжению.Из параметра
найдем коэффициент усиления по напряжению: 
2.2.3 Определение коэффициента усиления
по мощности. 
2.3 Рассчитаем входное и выходное сопротивления транзистора П 14
Рассчитаем входное сопротивление транзистора:
Рассчитаем входное сопротивление транзистора:
2.4 Расчёт элементов усилителя
2.4.1 Расчёт резистора RЭ
Падение напряжения на резисторе RЭ рекомендуется выбирать в пределах порядка (0,05…0,1) UП. Отсюда выбираем, что падение напряжения на резисторе RЭ выбираем равным 0,075UП. Подставляя численные данные, получим:
Ток IЭ0 определим по следующей формуле:
где IК0 - начальный ток коллектора, А,
Iб0 - постоянный ток базы, А.
Подставляя численные данные в формулу, получим:
Для определения резистора RЭ, Ом, воспользуемся следующей фор-мулой:
где URэ - падение напряжения на резисторе RЭ, В;
Подставляя численные данные в формулу (3.3.1.2), получим:
2.4.2 Расчёт резистора RК
Так как каскад работает в режиме класса “А”, рабочую точку выбираем примерно по середине нагрузочной прямой (данная тока уже определена в п. п.3.1), и тогда UП = 2UК0. Для определения резистора RК, Ом, воспользуемся следующей формулой:
