Расчет усилительного каскада по постоянному току

Резистор R _э введен в схему усилительного каскада для стабилизации точки покоя на выходной характеристике транзистора при изменении его температуры в процессе работы. Сопротивление резистора R _э определяется из соотношения:

I _ЭП R _э = α Е _к, (8)

где значение α в пределах 0,1 – 0,3 выбирается с учетом следующего компромисса. Для увеличения стабилизации точки покоя необходимо увеличивать сопротивление резистора R _э и, следовательно, значение коэффициента α. Однако, при этом увеличивается напряжение источника питания Е _к, что нежелательно.

Согласно второму закону Кирхгофа для контура постоянного тока, содержащего транзистор и источник Е _к, можно записать:

Е _к = I _К R _к + U _кэ + I _э R _э. (9)

Если в этом уравнении величины тока и напряжения положить равными значениям параметров в точке покоя, то его можно использовать для расчета сопротивления резистора R _к.

Уравнение (9) при подстановке в него соотношения (8) можно привести к виду:

U _кэ = (1 – α) Е _к - I _К R _к. (10)

Использование этого соотношения упрощает процедуру поиска положения точки покоя на выходной характеристике транзистора. Действительно, прямая, соответствующая его правой части, пересекает ось абсцисс в точке (1 – α) Е _к, а ось ординат - в точке и проходит через точку покоя, как показано на рис.6 а.

Рис.6. К определению значения коэффициента α

При расчете усилительного каскада, как правило, осуществляется вариация значением коэффициента α в оговоренных выше пределах. Соотношение (10) позволяет исключить процедуру варьирования при расчете. Согласно этому соотношению точка покоя должна находиться внутри полосы, ограниченной двумя прямыми. Одна из них проходит через точку 0,9 Е _к на оси абсцисс и точку на оси ординат, а вторая – через точку 0,7 Е _к на оси абсцисс и точку на оси ординат. Такая полоса, ограниченная двумя пунктирными прямыми, представлена на рис.6 б. Тогда процедура определения значений электрических параметров транзистора в точке покоя сводится к следующему. Необходимо в рабочую область транзистора на выходной характеристике с нанесенной полосой вероятного положения точки покоя вписать прямоугольный треугольник с катетами 2I _кm и 2U _кэm, показанный на рис.5. При этом должны быть выполнены условия, оговоренные в разделе 1.2. Точка на середине гипотенузы вписанного треугольника должна находиться внутри нанесенной полосы. Координаты этой точки и являются значениями коллекторного тока и напряжения коллектор-эмиттер в точке покоя. Прямая, проведенная через нее параллельно границам полосы вероятного положения точки покоя (сплошная линия на рис.6 б), позволяет определить значение коэффициента α, которое должно быть использовано при расчете сопротивления резистора R _э по соотношению (8).

Цепь постоянного тока в схеме усилительного каскада показана на рис.1. Как видно, через резистор R ₁ делительной цепочки, кроме тока I _Д, протекает ток базы I _БП, а через резистор R ₂ – только ток I _Д. Расчет сопротивлений этих резисторов производится с использованием соотношений, записанных в соответствии со вторым законом Кирхгофа для содержащих их контуров:

R ₁ = , (11)

R ₂ = . (12)

При этом считается, что I _КП ≈ I _ЭП.

В обеспечение стабилизации точки покоя на выходной характеристике транзистора должно происходить изменение тока базы. Чтобы изменение этого тока не сильно отражалось на делительных свойствах цепочки резисторов R ₁ – R ₂, величина тока I _Д делительной цепочки должна в несколько раз превышать ток I _БП. Однако существенное увеличение тока I _Д не представляется возможным, поскольку для его увеличения требуется уменьшать сопротивление резисторов R ₁ и R ₂, в результате, как будет показано в разделе 1.4, шунтируется вход транзистора этими резисторами для переменного тока. Обычно полагается, что должно выполняться неравенство:

I _Д =(2,5 – 5) I _БП. (13)