Расчёт усилителя ОЭ по постоянному току

U_{ВЫХМАКС} U_{ВЫХМАКС} = U_Н

1. Рабочее напряжение выбирается (см. рис. …) из условия

,

где – запас напряжения, связанный с нелинейностью вольт-амперных выходных характеристик;

– запас напряжения, связанный с уходом рабочей точки из-за температуры и разброса параметров транзистора;

– амплитуда выходного напряжения, которая определяется из задания.

1. Локализация рабочей точки (Р.Т.):

а) пологий участок I_K = f(U_КЭ),

б) P < P_Кдоп,

в) I_Э = f(U_бЭ) – на линейном участке,

г) I <I_КМАКС, U_K < U_{KМАКСдоп}.

Максимально допустимые значения берутся из справочника по транзисторам.

2. Выбор (предварительный) величины U_ИП:

, т.к. k ≈ 1

U_{ВЫХМАКС} = U_Н (см. задание).

3. Определив область локализации Р.Т. и её примерные параметры I_KП и U_КЭП, через рабочую точку и U_ИП проводим статическую нагрузочную линию (прямую)

U_КЭ = U_ИП – I_K∙∙R₌

4. Определяем по наклону этой прямой сумму(R_К + R_Э) = R₌ (по постоянному току)

R₌ = (R_К + R_Э) =

5. Как определить из этой суммы минимальную величину R_К?

1) по наклону нагрузочной прямой для переменного тока (динамическая линия нагрузки)

(см. эквивалентную схему в h – параметрах для усилителя ОЭ).

Провести эту прямую через точку А так, чтобы на оси напряжений от величины U_КЭП отложить отрезок больше величины U_{ВЫХМАКС} (иначе – искажения). Наклон динамической линии нагрузки (R_К || R_Э) даёт R_~.

2) Величину R_~ можно определить и следующим образом:

.

6. Далее определяется R_Э

R_Э = R₌ – R_К

7. Делитель R ₁ – R ₂ рассчитывается из условия термостабильности рабочей точки

Для кремниевых приборов можно изменением теплового тока коллекторного перехода пренебречь. Выражение упрощается (пренебрегаем членом ).

Принимаем: R_б = R ₁|| R ₂,

.

Из практики часто принимают

Кроме того ∆I_доп можно определить из коллекторных характеристик: точка A смещается по статической нагрузочной линии при увеличении температуры вверх в точку A * (см. график).

Смотрим, чтобы размах U_{ВЫХМАКС} от проекции точки А` не попадал на границу области насыщения (иначе – искажения).

8. Температурные изменения ∆I_К коллекторного тока можно определить следующим образом:

∆U_Эб = – ξ∙∆Т, где ξ = 1…2 мВ/◦С,

∙∆Т – диапазон рабочих температур (задаётся в задании).

,

где γ ₁ = 6,7 ,

γ ₂ = 3,6 .

Можно использовать также следующие выражения

9. Из выражения для ∆I_К получаем

, где R_б = R ₁|| R ₂.

β = β ₀ – сред. по диап., ∆ β – разброс от β ₀ до β_max.

Если величина R_б оказалась <0, то обеспечить термостабильность НЕ удалось.

Следует изменить положение рабочей точки А: надо сместить т. А вверх и вправо (I_КП ↑ и U_КЭП ↑).

10. Верхнее сопротивление делителя можно определить

Где R_б = R ₁|| R ₂.

(Для схемы с ОК – расчёт тот же при R_К = 0).

11. Делитель R ₁ – R ₂ задаёт ток базы в т. A – ток I_бП

.

При этом φ_б = φ_Э + U_бЭП, (это напряжение на резисторе R ₂).

I_бп – находится из выходных (коллекторных характеристик).

Считаем, что при U_КЭ ≠ 0 кривые сливаются.

.

(Формула является оценочной), берётся из формулы эквивалентного генератора, когда нет транзистора I_б = 0.

Следовательно, величины R ₁ и R ₂ можно точно определить из решения системы уравнений:

.

12. Практические величины R_К ≈ 2/3 R ₌, R_Э ≈ 1/3 R ₌.

13. Расчёт параметров усилителей ОЭ и ОК производится по эквивалентной схеме – малосигнальная схема в h – параметрах.

h – параметры определяются по входным и выходным характеристикам транзистора в рабочей точке.

14. Определение величины ёмкостей разделительных конденсаторов:

Постоянная времени усилителя для диапазона больших τ_Н

, где

,

.

Отсюда определяются С_{Р 1} и С_{Р 2}, имея в виду, что

, f_Н – задана.

Принять

, ,

,

Тогда , , .

15. Определение верхней границы полосы пропускания:

Постоянная ,

где ,

.

;

С_Э0 = С_{К 0} + С_{б 0} из справочника, | β | =1

С_ВХ ≈ 10…20 пФ, (десятки пФ).

, , f_Т,f_β – из справочника.