Расчёт параметров транзистора

токам базы, для которых  построены выходные характеристика (IБ0,

IБ1, . . ., IБn). Затем строится переходная характеристика IК(IБ), для по-строения которой берутся значения токов базы, для которых имеются

выходные характеристики, а токи коллектора определяются в  точках

пересечения нагрузочной  характеристики с входной характеристикой,

построенной для соответствующего тока базы.

В ряде случаев диапазон токов  базы, для которых имеются выход-Рис. 1.23.Коррекция входных зависимостей.

1.2. Усилительной каскад  с общим эмиттером (ОЭ) 29

ные характеристики, не соответствует диапазону токов базы входной

характеристики –– максимальный ток базы, для которого построена

выходная зависимостьIК(UКЭ) может находиться на узком начальном

участке входной характеристики, либо выходить далеко за её пределы.

В первом случае нужный участок  входной характеристики строится в

б´ ольшем масштабе (обычно этот участок имеет нелинейный характер,

но в данном случае мы пренебрежём  возникающими искажениями),

а во втором, входная характеристика экстраполируется прямой лини-ей до необходимых значений (рис.1.23). Наличие подобных ситуаций

достаточно легко обнаружить путём сравнения единиц измерения  то-ков базы на входных и выходных характеристиках (обычно это мили–

или микроамперы) –– если порядки  не совпадают (например на вход-ных характеристиках это микрамперы, а на выходных –– милиамперы),

то будет необходимо провести преобразования.

На основе проведённых  построений, мы можем получит параме-тры усилителя как по постоянному (IБ0, IК0, UБЭ0, UКЭ0), так и по

переменному(IБm, IКm, UБЭm, UКЭm)току.

Остальные параметры усилительного  каскада с ОЭ определяются

в соответствии с порядком расчёта, приведённым в следующем  разделе.

Глава 2

Порядок расчёта

2.1. Расчёт параметров транзистора

1. Для полученного в  задании транзистора найти входные  и выход-ные характеристики для схемы с общим эмиттером. Для этого

можно воспользоваться прилагаемыми к данному пособию их ко-пиями или специализированными справочниками, например [3].

Эти характеристики необходимо перенести в свою работу (или

на отдельный, прилагаемый  к ней, лист).

Помимо входных и выходных характеристик необходимо иметь

значенияΔIБ, UКЭmax, IКmax, PКmaxиCК

2. Графическим методом  определитьh–параметры транзистора для

схемы с общим ОЭ (см. раздел1.1.4на стр.11).

По входным характеристикам:

h11=

ΔUБЭ

ΔIБ IКЭ=const

, h12=

ΔUБЭ

ΔUКЭIБ=const

По выходным характеристикам:

h21=

ΔIК

ΔIБ ΔUКЭ=const

, h22=

ΔIК

ΔUКЭIБ=const

3. Найти входное и выходное  сопротивление транзистора:

RВхТ=h11

RВыхТ=

1

h22

4. Определить коэффициент  передачи по току транзистораβ:

β=h21

2.2. Расчёт усилительного  каскада по постоянному току 31

2.2. Расчёт усилительного  каскада по постоянному

току

1. Изобразить семейство выходных характеристик, входную харак-теристику приUКЭ= 5В и оси для построения переходной(IК=

=f(IБ))характеристики заданного транзистора как показано на

рис.2.1.

Входная характеристика изображается повёрнутой на90

◦

против

часовой стрелки.

Оси для построения передаточной характеристики строятся в

размерности, соответствующих  осей входной и выходной харак-теристик и на одной линии с осями этих характеристик (пунк-тирные линии на рис.2.1).

2. На выходных характеристиках  нанести кривую максимальной

мощности, рассеиваемой на коллектореPКmax(строится на осно-ве выраженияPКmax=UКЭIК=const, например, по зависимости

Рис. 2.1.Расположение входной, выходных и осей переходной

характеристик при графоаналитическом методе расчёта

32 2. Порядок расчёта

IК=PКmax/UКЭ, в этом случае на оси UКЭпроизвольные значе-ния напряжения и для них рассчитываются значенияIК–– полу-ченные таким образом точки образуют кривуюPКmax), а также

линииUКЭmaxиIКmax.

Эти линии ограничивают область  допустимых значений (рис.2.2).

3. Выбрать значение напряжения  источника питанияEКв пределах

(0,7. . .0,9)UКЭmax(следует учитывать, чтоEК≈3UmaxВыхиEК≈

UКЭ0+IК(RК+RЭ). Эту величину, в дальнейшем, после выбора

RК, RЭ, и UmaxВых, следует скорректировать.

4. Из условия передачи  максимальной мощности от источника  энер-гии к потребителю (согласованный режим) выбратьRК≈RВыхТр,

однако сопротивление  нагрузки часто меньше или равно  сопро-тивлению коллектора(RН≤RК), поэтому рекомендуется выби-рать RК = (0,3. . .1)RВыхТр, так чтобы его величина лежала в

диапазонеRК= 0,5. . .10кОм и обеспечивала максимум ампли-туды выходного сигнала.

5. На выходных характеристиках  транзистора построить нагрузоч-ную линию (раздел1.2.3). Нагрузочная линия строится по урав-нениюUКЭ =EК−IКRК, которое имеет линейный характер и

является прямой линией. Для  этой линии мы найдём точки пе-ресечения с осями, т. е. значения этого выражения приUКЭ= 0

иIК= 0(точкиdиcсоответственно):

UКЭ=EК|

IК=0

,

IК=

EК

RКUKЭ=0

.

Полученные точки строятся на выходных характеристиках тран-зистора и соединяются прямой линией, которая не должна пере-секать область, ограниченную максимальными значениями тока,

напряжения и мощности коллектора (рис.2.2).

6. Построить переходную  характеристику. Для этого необходимо

отметить на осиIБвходной характеристики точки, соответству-ющие токам базы, для которых приведены выходные характе-ристики, пересекаемые нагрузочной линией. По точкам пере-сечения линий, проведённых из выделенных точек входных и

выходных характеристик, построить переходную характеристи-ку (рис.2.3).

2.3. Расчёт усилительного  каскада по переменному току 33

Рис. 2.2.Построение области  недопустимых значений и нагрузочной  линии

на выходных характеристиках  транзистора

7. На переходной характеристике транзистора (с учетом входной

характеристики) выбрать  линейный участокab, в диапазоне ко-торого усилитель усиливает без искажения. На середине участка

abнанести рабочую точкуA, соответствующую режиму работы

транзистора по постоянному  току (рис.2.4).

8. По координатам рабочей  точкиAопределить токи и напряжения

каскада в режиме покоя (постоянные составляющие входных и

выходных токов и напряжений):IБ0, IК0, UБЭ0, UКЭ0 (рис.2.4).

2.3. Расчёт усилительного  каскада по переменному

току

1. По построениям, проведенным  в предыдущем разделе (рис.2.4),

определить максимальные амплитуды входного и выходных то-ков  и напряжений (IБm, IКm, UБЭm, UКЭm). Изменение переменной

составляющей сигнала  должно происходить между точкамиaи

bсоответствующих характеристик, а нулевой уровень перемен-ной составляющей находится в точкеA(рабочей точке).

2. Графически показать  изменение токов и напряжений  на постро-ениях, сделанных в пункте2.2, считая входное напряжение uВх

синусоидальным.

Записать выражения, соответствующие  полученным зависимо-стям тока и напряжения от времени в следующем виде:

iБ=IБ0+IБmsin(ωt) uБЭ=UБЭ0+UБЭmsin(ωt)

iК=IК0+IКmsin(ωt) uКЭ=UКЭ0+UКЭmsin(ωt)

34 2. Порядок расчёта

Рис. 2.3.Построение переходной характеристики

Рис. 2.4.Определение рабочей  точки и постоянных составляющих

входных и выходных токов  и напряжений

2.4. Расчёт параметров элементов  усилителя с ОЭ 35

2.4. Расчёт параметров элементов  усилителя с ОЭ

1. Рассчитать элементы  цепи термостабилизацииRЭи СЭ.

•УвеличениеRЭповышает глубину отрицательной обратной

связи во входной цепи усилителя (улучшает термостабили-зацию), с другой стороны, при этом падает КПД усилите-ля из–за дополнительных потерь мощности на этом сопро-тивлении. Обычно выбирают величину падения напряже-ния наRЭ порядка(0,1. . .0,3)EК, что равносильно выбо-руRЭ≈(0,05. . .0,15)RК в согласованном режиме работы

транзистора. Используя последнее  соотношение выбираем

величинуRЭ.

•Для коллекторно–эмиттерной цепи усилительного каскада

в соответствии со вторым законом  Кирхгофа можно запи-сать уравнение электрического состояния по постоянному

току:

EК=UКЭ0+ (RК+RЭ)IК0

Используя это уравнение  скорректировать выбранные в §2.2

значениеEКи величинуRК.

•Определить величинуCЭиз условияRЭ= (5. . .10)XЭ, где

XЭ—емкостное сопротивление конденсатораCЭ.

Для расчёта ёмкости конденсатораCЭвоспользуемся выра-жением:

CЭ=

10

7

(1. . .2)2πfнRЭ

, мкФ,

выбрав нижнюю граничною частоту равнойfн= 50. . .100Гц.

2. Для исключения шунтирующего  действия делителяR1R2на вход-ную цепь транзистора выберем сопротивлениеRБ:

RБ=R1kR2= (2. . .5)RВхТр

и ток делителяIД= (2. . .5)IБ0, что повышает температурную

стабильность UБ0. Исходя из этого определить сопротивления

R1, R2 иRБбудут равны:

R1=

EК−UБЭ0

IД−IБ0

;

36 2. Порядок расчёта

R2=

UБЭ0

IД

=

RЭIК0+UБЭ0

IД

;

RБ=

R1R2

R1+R2

.

3. Определить емкость разделительного  конденсатораCР1 из усло-вияRВх= (5. . .10)XР1, где XР1–– емкостное сопротивление раз-делительного конденсатора,RВх–– входное сопротивление каска-да. При этом

CР1≈

10

7

(1. . .2)2πfнRВх

, мкФ,

аRВх=RБkRВхТр

2.5. Определение параметров  усилительного каскада

1. Коэффициент усиления  каскада по токуKi

:

Ki =

IВых

IВх

≈β.

2. Входное сопротивление  каскадаRВх:

RВх=RБkRВхТр, если RБRВхТр, то RВх≈RВхТр.

3. Выходное сопротивление  каскадаRВых:

RВых=

RК

1 +h22RК

≈RК.

4. Коэффициент усиления  по напряжениюKu:

Ku=−

UmaxВых

UmaxВх

=−β

RК

RВх

.

5. Коэффициент усиления  по мощностиKp:

Kp=KiKu.

6. Полезная выходная мощность  каскада:

PВых= 0,5

U

2

maxВых

RК

.

2.5. Определение параметров  усилительного каскада 37

7. Полная мощность, расходуемая  источником питания:

Pист=IК0EК+I

2

Д(R1+R2) +I

2

Б0R1

8. КПД каскада:

η=

PВых

PИСТ

∙100%.

9. Верхняя и нижняя граничные  частоты определяются из соотно-шения для коэффициента частотных искажений:

на нижней частоте —

MН=

K0

KН

=

s

1 +

1

(ωНτН)

2

;

на верхней частоте  —

MВ=

K0

KВ

=

p

1 + (ωВτВ)

2

.

Обычно выбираетсяMН=MВ, тогда

1

(ωНτН)

2

= (ωВτВ)

2

= 1,

τН≈CР(RВх+RВых),

τВ≈CК

RВхRВых

RВх+RВых

,

гдеCК— ёмкость коллекторного перехода.

Глава 3

Варианты домашнего задания

3.1. Определение номера  варианта

№

варианта

Тип

транзистора

№

варианта

Тип

транзистора

0 МП21Г 15 КТ201Г

1 МП21Д 16 КТ208А

2 МП39 17 КТ209Б

3 МП40 18 ГТ310А

4 МП41А 19 ГТ310Б

5 МП42А 20 П416

6 МП42Б 21 П416А

7 ГТ108Б 22 П416Б

8 ГТ108Г 23 КТ3107А

9 МП114 24 КТ3107Б

10 МП116 25 КТ3107К

11 КТ104А 26 КТ313А

12 КТ104Б 27 КТ313Б

13 КТ104В 28 КТ345А

14 КТ201Б 29 КТ345Б

Для определения номера варианта необходимо взять две послед-ние цифры номера студенческого билета и определить номер варианта

согласно следующей таблицы:

2 последние цифры билета  Способ вычисления варианта

от00до29 Дополнительных действий не требуется

от30до59 Вычесть из полученного числа30

от60до89 Вычесть из полученного числа60

от90до99 Вычесть из полученного числа90

3.2. Характеристики транзисторов 39

3.2. Характеристики транзисторов

3.2.1. МП21Г, МП21Д

МП21Г:

ΔIБ UКЭmax IКmax PКmax CК

40мкА 35В 50мА 150мВт 30пФ

МП21Д:

ΔIБ UКЭmax IКmax PКmax CК

100мкА 35В 50мА 150мВт 30пФ

3.2.2. МП39, МП40, МП41А

МП39:

ΔIБ UКЭmax IКmax PКmax CК

400мкА 15В 20мА 150мВт 50пФ

МП40:

ΔIБ UКЭmax IКmax PКmax CК

200мкА 15В 20мА 150мВт 50пФ

МП41А:

ΔIБ UКЭmax IКmax PКmax CК

100мкА 15В 20мА 150мВт 50пФ

40 3. Варианты домашнего  задания

3.2.3. МП42А, МП42Б

МП42А:

ΔIБ UКЭmax IКmax PКmax CК

100мкА 15В 150мА 200мВт 50пФ

МП42Б:

ΔIБ UКЭmax IКmax PКmax CК

150мкА 15В 150мА 200мВт 50пФ

3.2.4. ГТ108Б, ГТ108Г

ГТ108Б:

ΔIБ UКЭmax IКmax PКmax CК

100мкА 6В 50мА 75мВт 50пФ

ГТ108Б:

ΔIБ UКЭmax IКmax PКmax CК

50мкА 6В 50мА 75мВт 50пФ

3.2. Характеристики транзисторов 41

3.2.5. МП114, МП115, МП116

MP114:

ΔIБ UКЭmax IКmax PКmax CК

0,3мА 60В 10мА 150мВт 50пФ

MP115:

ΔIБ UКЭmax IКmax PКmax CК

0,3мА 30В 10мА 150мВт 50пФ

MP115:

ΔIБ UКЭmax IКmax PКmax CК

0,1мА 15В 10мА 150мВт 50пФ

3.2.6. КТ104А, КТ104Б, КТ104В

КТ104А:

ΔIБ UКЭmax IКmax PКmax CК

1,5мА 30В 50мА 150мВт 50пФ

КТ104Б:

ΔIБ UКЭmax IКmax PКmax CК

0,4мА 15В 50мА 150мВт 50пФ

КТ104Б:

ΔIБ UКЭmax IКmax PКmax CК

0,2мА 15В 50мА 150мВт 50пФ

42 3. Варианты домашнего  задания

3.2.7. КТ201Б, КТ201Г

КТ201Б:

ΔIБ UКЭmax IКmax PКmax CК

0,1мА 20В 30мА 150мВт 20пФ

КТ201Г:

ΔIБ UКЭmax IКmax PКmax CК

0,05мА 10В 30мА 150мВт 20пФ

3.2.8. КТ208Б, КТ209Б

КТ208А:

ΔIБ UКЭmax IКmax PКmax CК

150мА 15В 300мА 200мВт 20пФ

КТ209Б:

ΔIБ UКЭmax IКmax PКmax CК

250мА 15В 300мА 200мВт 20пФ

3.2. Характеристики транзисторов 43

3.2.9. ГТ310А, ГТ310Б

ГТ310А:

ΔIБ UКЭmax IКmax PКmax CК

20мА приRБ= 10кОм−10В 300мА 200мВт 20пФ

приRБ= 200кОм−6В

ГТ310Б:

ΔIБ UКЭmax IКmax PКmax CК

10мА приRБ= 10кОм−10В 300мА 200мВт 20пФ

приRБ= 200кОм−6В

44 3. Варианты домашнего  задания

3.2.10. П416, П416А, П416Б

П416:

ΔIБ UКЭmax IКmax PКmax CК

0,1мА приRБ= 0кОм−15В 25мА 100мВт 20пФ

приRБ≤1кОм−12В

П416А:

ΔIБ UКЭmax IКmax PКmax CК

0,05мА приRБ= 0кОм−15В 25мА 100мВт 20пФ

приRБ≤1кОм−12В

П416Б:

ΔIБ UКЭmax IКmax PКmax CК

0,03мА приRБ= 0кОм−15В 25мА 100мВт 20пФ

приRБ≤1кОм−12В

3.2. Характеристики транзисторов 45

3.2.11. КТ3107А, КТ3107Б, КТ3107К

КТ3107А:

ΔIБ UКЭmax IКmax PКmax CК

0,2мА 45В 100мА 300мВт 12пФ

КТ3107Б:

ΔIБ UКЭmax IКmax PКmax CК

0,1мА 45В 100мА 300мВт 12пФ

КТ3107Г:

ΔIБ UКЭmax IКmax PКmax CК

0,04мА 25В 100мА 300мВт 12пФ

3.2.12. КТ313А, КТ313Б

КТ3113А:

ΔIБ UКЭmax IКmax PКmax CК

0,1мА 50В 350мА 300мВт 12пФ

КТ3113А:

ΔIБ UКЭmax IКmax PКmax CК

0,05мА 50В 350мА 300мВт 12пФ

46 3. Варианты домашнего  задания

3.2.13. КТ345А, КТ345Б

КТ345А:

ΔIБ UКЭmax IКmax PКmax CК

0,075мА 20В 200мА 150мВт 50пФ

КТ345Б:

ΔIБ UКЭmax IКmax PКmax CК

0,05мА 20В 200мА 150мВт 50пФ

Предметный указатель

Каскад усилительный,13

Коэффициент

усиления,14

частотных искажений,15

Малосигнальный режим,9

Обратная связь,24