Рис. 2.1 – Схема усилительного каскада на биполярном транзисторе с общим эмиттером
Пример расчета
Задан транзистор ГТ-109Б.
Для этого транзистора
h11Э = 300 Ом;
h12Э = 12*10-3;
h21Э = 50;
h22Э = 75*10-6 См ;
RК = 3,0 кОм;
UЭ0 = 2,2 В;
fН = 40 Гц;
PКmax = 0,030 Вт.
Общие данные: IК0 = 1 мА; UКЭ0 = 5 В; RН = Rвх.
Решение
1. Падение напряжения на резисторе в состоянии покоя
UК0 = IК0RК = 1*10-3*3,0*103 = 3 В.
2. Ток базы в состоянии покоя
IБ0 = IК0/ h21Э = 10-3/50 = 0,02*10-3 А = 0,02 мА.
3. Ток делителя напряжения
IД = 7*0,02 = 0,14 мА.
Ток делителя принимается равным (5…10) IБ0.
4. Напряжение питания усилителя
ЕК = UКЭ0 + UК0 + UЭ0 ( по второму закону Кирхгофа).
ЕК = 5 + 3 + 2,2 + 10,8 В.
5. Падение напряжения на резисторе R2
U2 = UЭ0 + UБЭ0.
UБЭ0 для германиевых транзисторов принимают равным (0,2…0,3) В.
U2 = 2,2 + 0,2 = 2,4 В.
6. Падение напряжения на резисторе R1
U1 = ЕК - U2 = 10,8 – 2,4 = 8,4 В.
7. Сопротивление R2
R2 = U2/IД = 2,4/0,14*10-3 = 17,14*103 Ом = 17,14 кОм.
Принимаем номинальное сопротивление резистора 18 кОм.
8. Сопротивление R1
R1 = U1/(IД + IБ0) = 8,4/(0,14 + 0,02)*10-3 = 52,5*103 Ом = 52,5 кОм.
Принимаем номинальное сопротивление резистора 56 кОм.
9. Входное сопротивление Rвх усилителя определяется параллельным включением сопротивлений R1, R2 и входным сопротивлением транзистора h11Э
Тогда 1/Rвх = 1/ R1 + 1/ R2 + 1/ h11Э.
1/Rвх = 1/56000 + 1/18000 + 1/300 = 3,4*10-3 См;
Rвх = 293 Ом.
10. Сопротивление нагрузки усилителя Rн по условию задачи принимаем равным входному сопротивлению, поскольку нагрузкой усилительного каскада служит другой такой же каскад
Rн = Rвх = 293 Ом.
11. Сопротивление RЭ
RЭ = UЭ0/( IК0+ IБ0) = 2,2/(1 + 0,02)*10-3 = 2,16*103 Ом = 2,16 кОм.
Принимаем номинальное сопротивление резистора 2,2 кОм.
12. Емкость шунтирующего конденсатора в эмиттерной цепи СЭ выбирается по нижней границе частоты с учетом эмиттерного дифференциального сопротивления транзистора rЭ
СЭ > 1/2πfн rЭ, где rЭ = 2h12Э/h22Э.
rЭ = 2*12*10-3/75*10-6 = 0,32*103 Ом = 320 Ом;
СЭ = 1/2π*40*320 = 0,0000124 Ф = 12,4 мкФ.
Принимаем емкость конденсатора СЭ = 13 мкФ.
13. Емкость разделительного конденсатора Ср1 на входе усилителя
С1 > 1/2πfн Rвх = 1/2π*40*293 = 0,0000136 Ф = 13,6 мкФ.
Принимаем емкость конденсатора С1 = 15 мкФ.
14. Емкость разделительного конденсатора на выходе усилителя С2
С2 = С1 = 15 мкФ.
15. Коэффициент усиления по напряжению
КU = h21ЭRкн/h11Э.
Rкн – сопротивление нагрузки усилителя, которое принимается равным сопротивлению параллельного соединения Rк, Rн и Rвых.
1/ Rкн = 1/ Rк + 1/ Rн +1/ Rвых , где Rвых = 1/h22Э;
1/ Rкн = 1/3400 + 1/293 + 75*10-6 = 3,78*10-3 См;
Rкн = 264,8 Ом.
Коэффициент усиления
КU = 50*264,8/300 = 44.
16. Мощность, рассеиваемая на коллекторе
РК = UКЭ0 IК0 = 5*10-3 = 0,005 Вт.
По условию РКmax = 0.03 Вт.
Таким образом, РК < РКmax.
Ответы:
R1 = 56 кОм; R2 = 18 кОм; RЭ = 2,2 кОм; Rн = 293 Ом;
С2 = С1 = 15 мкФ; СЭ = 13 мкФ; КU = 44.
Примечания.
1. Номинальные сопротивления резисторов стандартизированы. Для постоянных резисторов согласно ГОСТ 2825 – 67 установлено 6 рядов: Е6, Е12, Е24, Е48, Е96, Е192. Цифра после буквы Е указывает число номинальных значений в каждом десятичном интервале.
Таблица 2.2 - Номинальные сопротивления по рядам
| Ряд | Числовые коэффициенты |
| Е6 | 1; 1,5; 2,2; 3,3; 4,7; 6,8 |
| Е12 | 1; 1,2; 1,5; 1,8; 2,2; 2,7; 3,3; 3,9; 4,7; 5,6; 6,8; 8,2 |
| Е24 | 1; 1,1; 1,2; 1,3; 1,5; 1,6; 1,8; 2,0; 2,2; 2,4; 2,7; 3,0; 3,3; 3,6; 3,9; 4,3; 4,7; 5,1; 5,6; 6,2; 6,8; 7,5; 8,2; 9,1 |
Номинальные сопротивления в каждой декаде соответствуют указанным в таблице 2.2 числам или числам, полученным умножением или делением их на 10n , где n – целое положительное или отрицательное число.
2. Номинальные значения емкости конденсаторов стандартизированы и выбираются из определенных рядов чисел путем умножения или деления их на 10n , где n – целое положительное или отрицательное число. Наиболее употребляемые ряды номинальных емкостей приведены в таблице 2.3.
Таблица 2.3 – Номинальные емкости по рядам
| Е3 | Е6 | Е12 | Е24 | Е3 | Е6 | Е12 | Е24 |
| 1 | 1 | 1 | 1 | 4,7 | 3,3 | 3,3 | 3,3 |
| 1,1 | 3,6 | ||||||
| 1,2 | 1,2 | 3,9 | 3,9 | ||||
| 1,3 | 4,3 | ||||||
| 1,5 | 1,5 | 1,5 | 4,7 | 4,7 | 4,7 | ||
| 1,6 | 5,1 | ||||||
| 1,8 | 1,8 | 5,6 | 5,6 | ||||
| 2,0 | 6,2 | ||||||
| 2,2 | 2,2 | 2,2 | 2,2 | 6,8 | 6,8 | 6,8 | |
| 2,4 | 7,5 | ||||||
| 2,7 | 2,7 | 8,2 | 8,2 | ||||
| 3 | 9,1 |
Список рекомендуемой литературы.
1. Лачин В.И., Савелов Н.С. Электроника: Учебн. пособие. –Ростов н/Д: изд-во «Феникс», 2002 г. -576с.
2. Прянишников В.А. Электроника: Полный курс лекций. –СПб.: КОРОНА принт, 2004. -416 с.
3. Павлов В.Н., Ногин В.Н. Схемотехника аналоговых электронных устройств: Учебник для вузов – М.: Горячая линия – Телеком, 2001. -320 с.
Составитель Николаева Светлана Ивановна
Аналитический расчет усилительного каскада на биполярном транзисторе
Задания и методические указания к выполнению семестровой работы по курсу «Общая электротехника»
Редактор
Темплан 2007 г. Поз №
Подписано в печать Формат 60 (84) 1/16
Бумага газетная. Печать офсетная. Усл. Печ. Л. 0,8. Уч.-из л.
Тираж 200 экз. Заказ______
Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ)
400131 Волгоград, проспект Ленина, 28
РПК «Политехник» Волгоградского государственного технического университета
400131 Волгоград, ул. Советская,35