Расчет основных параметров усилительного каскада

Усилительный каскад можно представить активным четырехполюс­ником так, как это делалось для транзистора (рис. 1). Основу рас­четов усилительного каскада составляют вычисления следующих дина­мических параметров:

1) входное сопротивление

                                          (4)

2) выходное сопротивление

                                       (5)

З) коэффициент усиления по напряжению

К_U=U₂/U₁                                             (6)

4) коэффициент усиления по току

K_I = I₂/I₁                                                   (7)

5) коэффициент усиления по мощности

K_P=P_вых/P_вх =U₂I₂/U₁I₁ = К_U K_I                       (8)

Для расчета основных параметров усилительного каскада можно применить графический либо аналитический метод.

Суть графического метода расчетов заключается в том, что по известным из справочников входным и выходным статистическим характеристикам для конкретного типа транзистора строят его динами­ческие входные и выходные характеристики. Затем определяют в соответствии с классом усилительного каскада положение рабочей точки на всех эти характеристиках. Далее по заданной амплитуде вход­ного сигнала графически определяют амплитудные значения напряжений токов на входе и выходе усилителя. И, наконец, определяют основные параметры по формулам (4) ÷ (8) для уже определенных амплитудных значений.

Суть аналитического метода расчетов заключается в следующем.

1) Изображают усилительный каскад эквивалентной схемой с h -параметрами (рис. 4).

2) Приводимые ниже формулы расчетов для динамических пара­метров транзисторного каскада усиления справедливы в диапазоне частот 100 ÷ 10000 Гц. На более высоких частотах используемые ниже соотношения требуют уточнений. Если используется высокочастотные h -параметры, то приводимые ниже формулы уточнений не требуют. Входное сопротивление зависит от сопротивления нагрузки, а выходное - от сопротивления источника сигнала. Это обстоятельство отражено формулами (11) и (14) и его следует учитывать при сопряжении усилительных каскадов с элементами электрической цепи.

З) Вычисляют вспомогательный параметр как для заданной схемы включения, так и для других схем.

                               (9)

4) Проверить характер нагрузки (низкоомная или высокоомная) по следующим соотношениям.

- низкоомная нагрузка                  (10)

в других случаях – высокоомная

5) Если условия (10) не выполняются, то есть нагрузка высокоомная, то расчеты производятся по пункту 11, а если выполняются – по пунктам 6 – 10.

6) Вычисляют входное сопротивление каскада

             (11)

7) Вычисляют коэффициент усиления по току.

K_I=I₂/I₁=h₂₁(1+h₂₂R_н)                           (12)

8) Вычисляют коэффициент усиления по напряжению

                              (13)

 9) Вычисляют выходное сопротивление каскада.

                          (14)

 10) Вычисляют коэффициент усиления мощности

                    (15)

 11) Вычисления для высокоомной нагрузки проводятся по тем же основным формулам (11) ÷(14), но упрощенным в виде:

для схемы включения ОЭ и ОБ при R_u>>h₁₁

                                                     (16)

                                                  (17)

K_I=h₂₁                                                        (18)

                                          (19)

K_P=K_UK_I                                                     (20)

Постановка задания

 Для выданного варианта задания по исходным данным (табл. 2) рассчитать динамические параметры транзисторного каскада усиления, последовательно выполнив следующие задания.

3.1. Начертить изображение транзистора в виде четырехполюсника (рис.1).

3.2. Начертить схемы включения транзистора (рис.2).

3.3. По физическим или h -параметрам заданной схемы включения транзистора вычислить параметры других схем включения.

3.4. Начертить эквивалентную схему усилительного каскада с h -параметрами (рис. 4).

3.5. Вычислить динамические параметры усилительных каскадов, собранных на маломощном транзисторе, который включается по одной из схем: ОБ, ОЭ и ОК.

3.6. Вычислить недостающие физические или h -параметры по формулам табл. 1.

3.7. Результаты расчетов оформить таблицей (см. табл. З).

3.8. Сделать сравнительные выводы по полученным результатам исследований для разных схем включения транзистора.