Статический расчёт

3. Статический расчёт

 

3.1 Выходной каскад

 

а) Выбор рабочей точки транзистора.

Выбор рабочей точки А транзистора, когда входной сигнал отсутствует, сводится к выбору тока коллектора I_КА и напряжения U_КЭА в схеме рис.4 в первоначальном предположении R_Э2=0, т. е. При заземлённом эмиттере.

Рис.4

Точка покоя выбирается исходя из данных значений амплитуды напряжения на коллекторе U_m и тока коллектора I_m, которые по заданным значениям U_н и I_н определяются, как

 и .

Для режима класса А координаты рабочей точки А должны удовлетворять неравенствам:

;  (1)

для каскада на БТ, где , - напряжение на коллекторе, соответствующее квазигоризонтального участка выходных ВАХ;  - коэффициент запаса. Для транзисторов малой мощности рекомендуется принять =1-2В, для мощных транзисторов - =2-4В. Выбираем значения , =1,5В тогда получим

Далее строится предположительная область ВАХ транзистора каскада, ограниченная значениями

,  (2)

и гиперболой

 (3)

 максимально рассеиваемой мощности на коллекторе.

Затем по справочникам выбираем транзистор, удовлетворяющий при заданной следующим требованиям:

-  тип проводимости транзистора p-n-p

-  справочные величины максимально допустимых мощностей

-  справочные величины максимально допустимых токов и напряжений

,.

Выбранный транзистор ГТ405А обладает следующими параметрами:

-  диапазон рабочих температур - 40..+55⁰С

- 

- 

- 

ВАХ транзистора показаны в приложение1.

Из ряда напряжений выберем значение питающего напряжения Е удовлетворяющего условию в данном случае примем Е=24В.

б) Выбор сопротивлений R_k2 , R_Э2 .

Для усилительного каскада на БТ значение сопротивления R_к2 вычисляется как

, (4)

где U_KA-потенциал коллектора принимается равным  расчитаному по (1).

На семействе выходных ВАХ может быть построена линия нагрузки R_к2 (см. приложение2).

Сопротивление R_Э находим из соотношения .

 

Положение линии распределённой нагрузки после фиксации значений R_К2, R_Э2 может быть определено из следующих соотношений:

  

Подставив значения R_К2, R_Э2 и Е в (5) получим линию нагрузки

 которая наносится на семейство выходных ВАХ (см. приложение2). По этой линии можно уточнить положение рабочей точки А^’.Положение рабочей точки относительно А изменяется несущественно поэтому коррекцией можно пренебречь. Через точку А отмечается характеристика с параметром I_бА=0,51мА. Далее через точку А проводится линия динамической нагрузки под углом . Линию можно построить по двум точкам одна из которых точка А, а другая имеет координаты (U_КЭА+DU;0) ,где

 (6)

 

Потом проверяются значения амплитуд тока I_нm и напряжения U_нm. значение U_нm не удовлетворяет исходным данным следовательно необходимо включить каскад с ОК(рис5).

Рис. 5.

Построим новую линию динамической нагрузки. Где в качестве нагрузки выступает входное сопротивление каскада с ОК.

 (7)

Возьмём b=40 тогда,

По формуле (6) . Построение (см. приложение3) показывает, что значение U_нm удовлетворяет исходным данным. Переходим к расчёту элементов фиксации рабочей точки.

в) Расчёт элементов фиксации рабочей точки.

 Фиксация рабочей точки А осуществляется резистивным делителем R₃, R₄ .Связь между напряжениями и токами транзистора в режиме покоя для схемы рис.4 определяется следующими выражениями:

 (8)

U_бЭА=0,46В определяется по входным ВАХ транзистора (приложение4) при токе I_бА=0,51мА, а ток ;

.

Ток делителя из (8) находится как

. (9)

Сопротивление R₃ из (8) и (9) равно:

. (10)

Для определения R₄ используется связь его значения с коэффициентом нестабильности N равным для схемы рис.4

, (11)

где DI_K, DI_К0 – температурные изменения соответствующих токов;b=h_21Э в схеме с ОЭ определяется в области рабочей точки по выходным ВАХ (приложение3).

;.

Температурные изменения

DI_K=(0,001-0,01)I_m; DI_K=.

Величина DI_К0 расчитывается по эмпирическому соотношению:

, (12)

где I_K0(t₀)=25мкА-тепловой ток коллекторного перехода в схеме с ОБ заданный в справочнике при температуре t₀=55; для германиевых транзисторов А=2. Из (12) получаем

 ,

тогда N вычесленное по (11) будет равно:

.

Согласно (11) рассчитаем значение R₄:

. (13)

Подставив в соотношение (10) значение R₄ получим:

Оценим корректность расчёта вычислением тока I_Д по (9).

Соотношение  выполняется, следовательно, значение сопротивлений можно считать приемлемым. Можно перейти к расчёту входного каскада. Исходными данными для него будут являться входное напряжение и ток выходного каскада, а так же входное сопротивление.

,

где К=10;

, где ,  определяется по входным ВАХ транзистора (приложение4).

 ,

,

.