Транзисторный усилительный каскад. Расчет. Схема. Проектирование. Биполярный транзистор. Рассчитать онлайн. Формулы.

Усилительный каскад на биполярном транзисторе. Схема. Расчет. (10+)

Усилительный каскад на биполярном транзисторе. Расчет

Оглавление :: ПоискТехника безопасности :: Помощь

Чтобы спроектировать усилительный каскад на биполярном транзисторе, необходимо понять, какие параметры мы хотим от него получить. Нам нужно задать коэффициент усиления по напряжению каскада, амплитуду входного сигнала, желаемое выходное сопротивление. На основе этих данных мы можем выбрать биполярный транзистор, который нам подойдет по току коллектора и рассеиваемой мощности. Опираясь на характеристики выбранного транзистора, можно задать его оптимальный режим работы. И наконец на основе этих данных рассчитать номиналы резисторов в схеме.

Мы приведем в статье пример расчета одной из наиболее удачных схем однотактного усилительного каскада на биполярном транзисторе. На второй странице статьи Вы можете ознакомиться с усилительным каскадом на двух биполярных транзисторах, который применяем мы. Эта схема обладает целым рядом преимуществ. На ее основе мы спроектировали несколько хороших усилителей звуковой частоты.

Классический транзисторный усилительный каскад

Принципиальная схема

Но пока вернемся к классической схеме.

Это усилитель с общим эмиттером, резистором обратной связи в цепи эмиттера и следящей связью, исключающей влияние цепей смещения на входное сопротивление усилительного каскада. Такая схема, благодаря глубокой обратной связи через эмиттерный резистор, обладает хорошими параметрами, высокой линейностью, температурной стабильностью и малыми искажениями сигнала.

Дифференциальное (динамическое) сопротивление перехода база - эмиттер в рекомендуемых режимах работы транзистора очень низкое. Это значит, что падение напряжения на этом переходе практически не зависит от тока через этот переход. Это падение напряжения называют напряжением насыщения база - эмиттер. В своих расчетах мы будем исходить из того, что напряжение на базе транзистора в этом каскаде равно напряжению на эмиттере плюс напряжение насыщения база - эмиттер. Тогда:

Базовые формулы

[Входное сопротивление, кОм] = [Сопротивление резистора R5, кОм] * ([Коэффициент передачи тока транзистора VT1] + 1)

[Коэффициент усиления по напряжению] = ([Сопротивление резистора R4, кОм] * [Коэффициент передачи тока транзистора VT1]) / ([Сопротивление резистора R5, кОм] * ([Коэффициент передачи тока транзистора VT1] + 1))

[Выходное сопротивление, кОм] = [Сопротивление резистора R4, кОм]

Порядок расчета

Задав необходимое выходное сопротивление, мы получаем сопротивление резистора R4. Зная амплитуду входного сигнала и коэффициент усиления, мы можем вычислить амплитуду выходного сигнала, а следовательно, амплитуду изменение силы тока через резистор R4.

[Амплитуда силы тока через R4, мА] = [Амплитуда входного сигнала, В] * [Коэффициент усиления по напряжению] / [Сопротивление резистора R4, кОм]

[Сопротивление резистора R5, кОм] = ([Сопротивление резистора R4, кОм] * [Коэффициент передачи тока транзистора VT1]) / ( [Коэффициент усиления по напряжению] * ([Коэффициент передачи тока транзистора VT1] + 1))

Рабочая точка транзистора обычно выбирается так, чтобы удовлетворять двум условиям. Во-первых, ток коллектора транзистора при нулевом входном сигнале (ток покоя) должен быть по крайней мере на 20% больше максимальной амплитуды тока через R4. Во-вторых, ток покоя должен быть таким, чтобы для конкретного типа транзистора при таком токе коэффициент передачи тока не зависел от тока коллектора.

При малых входных сигналах преобладает второе требование, при больших - первое. В справочной литературе по биполярным транзисторам приводятся графики зависимости коэффициента передачи тока от тока коллектора. Нужно найти на этих графиках горизонтальный участок.

Итак, ток покоя выбран.

[Напряжение питания, В] >= [Ток покоя, мА] * ([Сопротивление резистора R4, кОм] + [Сопротивление резистора R5, кОм]) + 1.2 * [Амплитуда входного сигнала, В] * [Коэффициент усиления по напряжению]

Напряжением насыщения коллектор - эмиттер пренебрегаем, так как запас 20% перекрывает это значение. В выражении стоит знак 'больше или равно', это означает, что напряжение питания можно выбирать довольно произвольно не меньше, чем расчетное, с учетом предельных параметров транзистора.

[Мощность, рассеиваемая транзистором, мВт] = [Ток покоя, мА] * ([Напряжение питания, В] - [Ток покоя, мА] * [Сопротивление резистора R4, кОм] - [Напряжение на R5, В])

Мощностью, рассеиваемой в цепи базы пренебрегаем.

Цепь подачи смещения

Резисторы R1, R2, R3 обеспечивают смещение, то есть тот самый ток покоя. Рассчитаем падение напряжения на резисторе R5 при токе покоя.

[Напряжение на R5, В] = [Сопротивление резистора R5, кОм] * [Ток покоя, мА] * (1 + 1 /[Коэффициент передачи тока транзистора VT1])

[Напряжение смещения на базе VT1, В] = [Напряжение на R5, В] + [Напряжение насыщения база - эмиттер, В]

[Ток смещения базы VT1, мА] = [Ток покоя, мА] / [Коэффициент передачи тока транзистора VT1]

Сопротивление резисторов R2 и R3 выбираем равными друг другу и равными десяти сопротивлениям R5

[Сопротивление резистора R1, кОм] = [Сопротивление резистора R2, кОм] * ([Напряжение питания, В] / [Напряжение смещения на базе VT1, В] - [Ток смещения базы VT1, мА] * [Сопротивление резистора R3, кОм] / [Напряжение смещения на базе VT1, В] - 1) / (1 + [Ток смещения базы VT1, мА] * [Сопротивление резистора R3, кОм] / [Напряжение смещения на базе VT1, В] + [Ток смещения базы VT1, мА] * [Сопротивление резистора R2, кОм] / [Напряжение смещения на базе VT1, В])

Кошмар!!!

Конденсатор C2 выбирается возможно большей емкости, например, 10 000 мкФ. Его лучше зашунтировать керамическим конденсатором для компенсации внутренней индуктивности. Конденсатор C1 лучше также выбрать большой емкости.

(читать дальше...) :: (в начало статьи)

Оглавление :: ПоискТехника безопасности :: Помощь

К сожалению в статьях периодически встречаются ошибки, они исправляются, статьи дополняются, развиваются, готовятся новые. Подпишитесь, на новости, чтобы быть в курсе.

Если что-то непонятно, обязательно спросите!
Задать вопрос. Обсуждение статьи.