Расчет усилительного каскада по постоянному току

Рассмотрим принципиальную схему усилительного каскада с ОЭ (рис. 3.3). На рисунке изображена одна из типовых схем. Предполагается, что входной сигнал схема получает от источника ЭДС, условно показанного элементами , . Физически это может быть микрофон, магнитная головка, или любой электронный каскад (возможно, аналогичный рассматриваемому). Для расчета важны три характеристики входного сигнала: величина передаваемого схеме напряжения и тока, а также характер сигнала (симметричный или несимметричный). Нагрузкой усилителя является резистор . Это может быть любой потребитель сигнала (реле, динамик, следующий электронный каскад и т.д.).

 

Используемые на схеме обозначения: – ЭДС источника питания; – сопротивление коллекторной нагрузки; – сопротивление эмиттерной нагрузки; , – сопротивления делителя напряжения.

Для расчета каскада по постоянному току на выходных ВАХ проводится так называемая «линия динамической нагрузки» каскада, представляющая собой геометрическое место координат и , которое соответствует возможным значениям рабочей точки каскада. Аналитическую зависимость, по которой строится линия динамической нагрузки, можно получить следующим образом.

По второму закону Кирхгофа для цепи – – транзистор – :

.

(3.1)

Отсюда

.

(3.2)

 

По первому закону Кирхгофа:

.

(3.3)

Подставляем выражение (3.3) в уравнение (3.2.):

.

(3.4)

Так как << , то можно принять . Тогда

.

(3.5)

Для построения линии динамической нагрузки находим крайние точки и (рис. 3.5). Из выражения (3.5):

, – для точки .

, – для точки .

Выбираем точку покоя. Для этого рассмотрим характерные участки линии нагрузки. От точки до точки (точка пересечения с характеристикой ) транзистор закрыт, так как на базе нулевой потенциал. От точки до точки транзистор находится в насыщении, т.е. возрастание тока прекращается при полностью открытой базе. Исключив два рассмотренных участка, получаем отрезок , характеризующий рабочее состояние транзистора.

Точку покоя П выбираем посредине отрезка . Это будет справедливо при симметричном входном сигнале. Проекция точки П на оси координат дает значения и _. Характеристика при , проходящая через точку П, дает значение . При необходимости такая характеристика строится аппроксимацией промежутка между двумя рядом стоящими характеристиками (на рис. 3.5 она показана тонкой линией).

Полученную точку П переносим на входные ВАХ. Для этого на входных ВАХ откладываем отрезок и проводим прямую, параллельную оси абсцисс, до пересечения с кривой . Входные ВАХ в справочниках представлены обычно двумя кривыми: первая характеристика соответствует , вторая – . Этими двумя кривыми ограничены все характеристики данного транзистора, поэтому всегда следует обращать внимание на соотношение напряжений и :

1) если > , то точка П выбирается на характеристике, соответствующей ;

2) если < , то необходимо достроить характеристику при и на ней выбрать точку П.

Таким образом, получаем проекцию точки П на ось абсцисс – значение .

Дальше расчет каскада сводится к расчету сопротивлений резисторов , , , . Выбираем произвольно точку вблизи изгиба характеристики при . Тогда

.

(3.6)

Как правило, выполняется соотношение

.

(3.7)

Таким образом, используя уравнения (3.6) и (3.7), можно определить и .

Из рис. 3.3 следует, что

.

(3.8)

Как правило, выполняется соотношение

.

(3.9)

Кроме того, можно записать

.

(3.10)

Следовательно

.

(3.11)

Расчет сопротивления производится по формуле (см. рис. 3.3):

.

(3.12)