Расчет усилителя с общим эмиттером. Расчет транзисторных усилителей. Схема, описание Проверка работы схемы в железе

ТРАНЗИСТОРНЫЕ УСИЛИТЕЛИ

Усилители являются одними из самых распространен­ных. электронных устройств, применяемых в системах ав­томатики и радиосистемах. Усилители подразделяются на усилители предварительные (усилители напряжения) и усилители мощности. Предварительные транзисторные усилители, как и ламповые, состоят из одного или не­скольких каскадов усиления. При этом все каскады уси­лителя обладают общими свойствами, различие между ними может быть только количественное: равные токи, напряжения, разные значения резисторов, конденсаторов и т. п.

Для каскадов предварительного усиления наибольшее применение получили резистивные схемы (с реостатно-емкостной связью). В зависимости от способа подачи входного сигнала и получения выходного усилительные схемы получили следующие названия:

1. С общим эмиттером - ОЭ (Error: Reference source not found1).

2. С общей базой - ОБ (Error: Reference source not found).

3. С общим коллектором (эмиттерный повторитель) - ОК (Error: Reference source not found3).

Наиболее распространенной является схема каскада ОЭ, так как она обеспечивает наибольшее усиление сиг­нала по мощности. Схема с ОБ в предварительных усилителях встречается редко. Эмиттерный повторитель об­ладает наибольшим из всех трех схем входным и наи­меньшим выходным сопротивлениями, поэтому его при­меняют в тех случаях, когда эта особенность позволяет согласовать те или иные звенья усилителя в целях улучшения качества усиления.

Рассмотрим усилительный каскад с ОЭ. При расчете кас­када усилителя обычно явля­ются известными:1) R н – сопротивление нагрузки, на кото­рую должен работать рассчи­тываемый каскад. Нагрузкой может являться и аналогичный каскад; 2) I н.м – необходимое значение амплитуды тока на­грузки; 3) допустимые частот­ные искажения; 4) диапазон рабочих температур; 5) в большинстве случаев является заданным напряжение источника питания коллекторной цепи.

В результате расчета должны быть определены: 1) тип транзистора; 2) режим работы выбранного транзистора; 3) параметры каскада; 4) значения всех эле­ментов схемы (резисторы, конденсаторы), их параметры и типы.

Расчет усилителей

Расчет каскада транзисторного усилителя напряжения низкой частоты

с реостатно-емкостной связью

Последовательность расчета приводится для транзи­стора, включенного по схеме ОЭ (общий эмиттер) На рис. 1 дана схема каскада усилителя.

Исходные данные: 1) напряжение на выходе каскада U вых.м (напряжение на нагрузке); 2) сопротив­ление нагрузки R н ; 3) нижняя граничная частота f н ; 4) допустимое значение коэффициента частотных искажений каскада в области нижних частот М н ; 5) напряжение источника питания Е П .

Определить: 1) тип транзистора; 2) режим работы транзистора; 3) сопротивление коллекторной нагрузки R K ; 4) сопротивление в цепи эмиттера R Э ; 5) сопротивле­ния делителя напряжения R 1 и R 2 стабилизирующие ре­жим работы транзистора; 6) емкость разделительного конденсатора С Р; 7) емкость конденсатора в цепи эмитте­ра С Э ; 8) коэффициент усиления каскада по напряже­нию К U .

Порядок расчета

1. Выбираем тип транзистора, руководствуясь следу­ющими соображениями:

а) U кэ.доп  (1,11,3)Е П , U кэ.доп – наибольшее допустимое напряжение между коллектором и эмиттером, приводится в справочниках;

б)

I н.М – наибольшая возможная амплитуда тока нагрузки; I к.доп – наибольший допусти­мый ток коллектора, приводится в справочниках.

Примечания: 1) Заданному диапазону температур удовлетворяет любой транзистор.

2. Для выбранного типа транзистора выписать из справочника значения коэффициентов усиления по току для ОЭ  мин и  М. В некоторых справочниках дается ко­эффициент усиления  по току для схемы ОБ и началь­ный ток коллектора I к.н. . Тогда =/(1-) (при выборе режима работы транзистора необходимо выполнение ус­ловия I к.мин  I к.н ). Для каскадов усилителей напряжения обычно при­меняют маломощные транзисторы типа П6; П13; П16; МП33; МП42 и др.

3. Режим работы транзистора определяем по нагрузоч­ной прямой, построенной на семействе выходных статиче­ских (коллекторных) характеристик для ОЭ. Построение нагрузочной прямой показано на Error: Reference source not foundНагрузочная прямая строится по двум точкам: т.0 – точка покоя (рабочая) и т.1, которая определяется величиной напряжения источника питания Е П . Координатами т.0 являются ток покоя I к0 и напряжение покоя U кэ0 (т.е. ток и напря­жение, соответствующие U вх =0).

Можно принять I к0 = (1,05-1,2)I вых  (1,05-1,2)I н.М, но не меньше l мА:

U кэ0 = U вых.м + U ост,

где U ост - наименьшее допустимое напряжение U кэ.

При U кэ <U ост возникают значительные нелинейные искажения, так как в рабочую зону попадают участки характеристик, обладающие большой кривизной. Для маломощных транзисторов можно принять U oc т = l В.

4. Определяем величины сопротивлений R К и R Э .

По выходным характеристикам (Error: Reference source not found) определяем R об = R К + R Э . Общее сопротивление в цепи эмиттер-коллектор

г
де I – ток, определяемый т.4, т.е. точкой пересечения нагрузочной прямой с осью токов.

П
ринимая R Э =(015  0,25)R К, получим

R Э = R об – R К

5. Определяем наибольшие амплитудные значения входного сигнала тока I вх.м и напряже­ния U вх.м, необходимые для обеспечения заданно­го значения, U вых.м. За­давшись наименьшим значением коэффициента усиления транзистора по току  мин получим:

т
огда

По входной статической характеристике для схемы с ОЭ, снятой при U кэ = –5В (Error: Reference source not found), и найденным значениям I б. min и I б. max находят величину 2 U вх.m .

6. Определяем входное сопротивление R вх каскада переменному току (без учета делителя напряжения R 1 и R 2 ):

7
. Определяем сопротивления делителя R 1 к R 2 . Для уменьшения шунтирующего действия делителя на вход­ную цепь каскада по переменному току принимают

R
1-2  (8  12) R вх~

8. Определяем коэффициент стабильности работы каскада:

где  М – наибольший возможный коэффициент усиления по току выбранного типа транзистора.

Для нормальной работы каскада коэффициент стабильности S не должен превышать нескольких единиц. (s
)

9. Определяем емкость разделительного конденсатора С р:

где R вых.Т – выходное сопротивление транзистора, определяемое по выходным статическим характеристикам для схемы ОЭ. В большинстве случаев R вых.Т >>R К , поэтому можно принять R вых  R К + R Н .

принимают к установке

10. Определяем емкость конденсатора

1
1. Определяем коэффициент усиления каскада по напряжению:

Примечание. Приведенный порядок расчета не учитывает требований на стабильность работы каскада.

Министерство образования РФ

Уральский Государственный Технический Университет

Кафедра Автоматика и управление в технических системах

РАСЧЕТ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО УСИЛИТЕЛЯ

НА ТРАНЗИСТОРЕ КТ3107И

Курсовая работа по

Электронике

Студент гр. Р-291а А.С. Клыков

Преподаватель

доцент, к.т.н. В. И. Паутов

Екатеринбург 2000

1. Предварительные данные для расчета усилителя 3

2. Выбор транзистора4

3. Расчет режима транзистора по постоянному току 4

4. Выбор напряжения источника питания 5

5. Расчет элементов, обеспечивающих рабочий режим тр-ра5

6. Расчет емкостей С ф, С 1 , С 2 , С э 7

7. Результаты расчета8

8. АЧХ и ФЧХ усилителя 9

9. Список литературы 10

1. Предварительные данные для расчета усилителя

U Н = 0.2 В

R Н = 0.3 кОм

R С = 0.5 кОм

t max = 70 0 C

f н = 50 Гц

f в = 25 Гц

2. Выбор транзистора.

Для выбранного транзистора добротность D т:

где r¢ б – объемное сопротивление базы, равное 150 Ом C к – емкость коллекторного перехода

По расчетным данным и из условий: Р к max >Р к, B min ³ B необх, ¦ в ³¦ в,необх выбираем транзистор КТ3107И

3. Расчет режима транзистора по постоянному току.

Ток коллектора I к определяем по формуле:
где R вх = В * r э = 1к9 - входное сопротивление каскада Е с – источник сигнала
Напряжение на оллекторе-эмиттере U кэ:Рабочая точка транзистора =1.5 В

I 0 к = 1.82 В

4. Выбор напряжения источника питания.

Найдем R э по формуле:

где S – температурный коэффициент

R б = (5¸10) R вх = 5*1900 = 9500 Ом – общее сопротивление базы

Найдем U б:
Определим R ф:

По ГОСТу выбираем:

R 1 = 6к0 R 2 = 16к0 R э = 3к2 R ф = к45

Проверим выполнение неравенства:

I 0 к * R э + U 0 кэ + I 0 к * R к + (I 0 к + I д ) * R ф ³ Е к

5.824 + 1.5 + 2.5 + 1.179 ³ 5

11 ³ 5 – неравенство выполняется

Определим для повторителя R э2:

U Б2 = U К1 = I 0 э *R э + U 0 Кэ = 1.82мА * 3.2кОм + 1.5В = 7.32 В

U Бэ2 = r¢ б * I 0 э = 150 * 1.82мА = 0.27 В

Найдем R вх2 и R вых2:
Коэффициент усиления первого каскада:
6. Расчет емкостей С ф, С 1 , С 2 , С э.

где К СГ = 40 – коэффициент сглаживания

f П = 100 Гц – основная частота пульсации ист.питания

8. Амплитудно-частотная и фазо-частотная характеристики.
10	20	30	40	60	100	160	320	640	1280	2560	5120	10240	20480	40960	81920	163840
1	1.30103	1.47712125	1.60205999	1.77815125	2	2.20411998	2.50514998	2.80617997	3.10720997	3.40823997	3.70926996	4.01029996	4.31132995	4.61235995	4.91338994	5.21441994
62.8	125.6	188.4	251.2	376.8	628	1004.8	2009.6	4019.2	8038.4	16076.8	32153.6	64307.2	128614.4	257228.8	514457.6	1028915.2
0.2	0.4	0.6	0.8	1.2	2	3.2	6.4	12.8	25.6	51.2	102.4	204.8	409.6	819.2	1638.4	3276.8
5	2.5	1.66666667	1.25	0.83333333	0.5	0.3125	0.15625	0.078125	0.0390625	0.01953125	0.00976563	0.00488281	0.00244141	0.0012207	0.00061035	0.00030518
0.4	0.8	1.2	1.6	2.4	4	6.4	12.8	25.6	51.2	102.4	204.8	409.6	819.2	1638.4	3276.8	6553.6
4.6	1.7	0.46666667	-0.35	-1.56666667	-3.5	-6.0875	-12.64375	-25.521875	-51.1609375	-102.380469	-204.790234	-409.595117	-819.197559	-1638.39878	-3276.79939	-6553.59969
25	6.25	2.77777778	1.5625	0.69444444	0.25	0.09765625	0.02441406	0.00610352	0.00152588	0.00038147	9.5367E-05	2.3842E-05	5.9605E-06	1.4901E-06	3.7253E-07	9.3132E-08
0.16	0.64	1.44	2.56	5.76	16	40.96	163.84	655.36	2621.44	10485.76	41943.04	167772.16	671088.64	2684354.56	10737418.2	42949673
0.21242964	0.50702013	0.90618314	0.94385836	0.53803545	0.27472113	0.16209849	0.07884425	0.03915203	0.01954243	0.00976702	0.00488299	0.00244143	0.00122071	0.00061035	0.00030518	0.00015259
1.35673564	1.03907226	0.43662716	-0.33667482	-1.00269159	-1.29249667	-1.40797942	-1.49187016	-1.53163429	-1.55125265	-1.56102915	-1.56591332	-1.5683549	-1.56957562	-1.57018597	-1.57049115	-1.57064374

Усилители низкой частоты (УНЧ) используют для преобразования слабых сигналов преимущественно звукового диапазона в более мощные сигналы, приемлемые для непосредственного восприятия через электродинамические или иные излучатели звука.

Заметим, что высокочастотные усилители до частот 10... 100 МГц строят по аналогичным схемам, все отличие чаще всего сводится к тому, что значения емкостей конденсаторов таких усилителей уменьшаются во столько раз, во сколько частота высокочастотного сигнала превосходит частоту низкочастотного.

Простой усилитель на одном транзисторе

Простейший УНЧ, выполненный по схеме с общим эмиттером, показан на рис. 1. В качестве нагрузки использован телефонный капсюль. Допустимое напряжение питания для этого усилителя 3...12 В.

Величину резистора смещения R1 (десятки кОм) желательно определить экспериментально, поскольку его оптимальная величина зависит от напряжения питания усилителя, сопротивления телефонного капсюля, коэффициента передачи конкретного экземпляра транзистора.

Рис. 1. Схема простого УНЧ на одном транзисторе + конденсатор и резистор.

Для выбора начального значения резистора R1 следует учесть, что его величина примерно в сто и более раз должна превышать сопротивление, включенное в цепь нагрузки. Для подбора резистора смещения рекомендуется последовательно включить постоянный резистор сопротивлением 20...30 кОм и переменный сопротивлением 100... 1000 кОм, после чего, подав на вход усилителя звуковой сигнал небольшой амплитуды, например, от магнитофона или плеера, вращением ручки переменного резистора добиться наилучшего качества сигнала при наибольшей его громкости.

Величина емкости переходного конденсатора С1 (рис. 1) может находиться в пределах от 1 до 100 мкФ: чем больше величина этой емкости, тем более низкие частоты может усиливать УНЧ. Для освоения техники усиления низких частот рекомендуется поэкспериментировать с подбором номиналов элементов и режимов работы усилителей (рис. 1 - 4).

Улучшениые варианты однотранзисторного усилителя

Усложненные и улучшенные по сравнению со схемой на рис. 1 схемы усилителей приведены на рис. 2 и 3. В схеме на рис. 2 каскад усиления дополнительно содержит цепочку частотнозависимой отрицательной обратной связи (резистор R2 и конденсатор С2), улучшающей качество сигнала.

Рис. 2. Схема однотранзисторного УНЧ с цепочкой частотнозависимой отрицательной обратной связи.

Рис. 3. Однотранзисторный усилитель с делителем для подачи напряжения смещения на базу транзистора.

Рис. 4. Однотранзисторный усилитель с автоматической установкой смещения для базы транзистора.

В схеме на рис. 3 смещение на базу транзистора задано более «жестко» с помощью делителя, что улучшает качество работы усилителя при изменении условий его эксплуатации. «Автоматическая» установка смещения на базе усилительного транзистора применена в схеме на рис. 4.

Двухкаскадный усилитель на транзисторах

Соединив последовательно два простейших каскада усиления (рис. 1), можно получить двухкаскадный УНЧ (рис. 5). Усиление такого усилителя равно произведению коэффициентов усиления отдельно взятых каскадов. Однако получить большое устойчивое усиление при последующем наращивании числа каскадов нелегко: усилитель скорее всего самовозбудится.

Рис. 5. Схема простого двухкаскадного усилителя НЧ.

Новые разработки усилителей НЧ, схемы которых часто приводят на страницах журналов последних лет, преследуют цель достижения минимального коэффициента нелинейных искажений, повышения выходной мощности, расширения полосы усиливаемых частот и т.д.

В то же время, при наладке различных устройств и проведении экспериментов зачастую необходим несложный УНЧ, собрать который можно за несколько минут. Такой усилитель должен содержать минимальное число дефицитных элементов и работать в широком интервале изменения напряжения питания и сопротивления нагрузки.

Схема УНЧ на полевом и кремниевом транзисторах

Схема простого усилителя мощности НЧ с непосредственной связью между каскадами приведена на рис. 6 [Рл 3/00-14]. Входное сопротивление усилителя определяется номиналом потенциометра R1 и может изменяться от сотен Ом до десятков МОм. На выход усилителя можно подключать нагрузку сопротивлением от 2...4 до 64 Ом и выше.

При высокоомной нагрузке в качестве VT2 можно использовать транзистор КТ315. Усилитель работоспособен в диапазоне питающих напряжений от 3 до 15 В, хотя приемлемая работоспособность его сохраняется и при снижении напряжения питания вплоть до 0,6 В.

Емкость конденсатора С1 может быть выбрана в пределах от 1 до 100 мкФ. В последнем случае (С1 =100 мкФ) УНЧ может работать в полосе частот от 50 Гц до 200 кГц и выше.

Рис. 6. Схема простого усилителя низкой частоты на двух транзисторах.

Амплитуда входного сигнала УНЧ не должна превышать 0,5...0,7 В. Выходная мощность усилителя может изменяться от десятков мВт до единиц Вт в зависимости от сопротивления нагрузки и величины питающего напряжения.

Настройка усилителя заключается в подборе резисторов R2 и R3. С их помощью устанавливают напряжение на стоке транзистора VT1, равное 50...60% от напряжения источника питания. Транзистор VT2 должен быть установлен на теплоотводя-щей пластине (радиаторе).

Трекаскадный УНЧ с непосредственной связью

На рис. 7 показана схема другого внешне простого УНЧ с непосредственными связями между каскадами. Такого рода связь улучшает частотные характеристики усилителя в области нижних частот, схема в целом упрощается.

Рис. 7. Принципиальная схема трехкаскадного УНЧ с непосредственной связью между каскадами.

В то же время настройка усилителя осложняется тем, что каждое сопротивление усилителя приходится подбирать в индивидуальном порядке. Ориентировочно соотношение резисторов R2 и R3, R3 и R4, R4 и R BF должно быть в пределах (30...50) к 1. Резистор R1 должен быть 0,1...2 кОм. Расчет усилителя, приведенного на рис. 7, можно найти в литературе, например, [Р 9/70-60].

Схемы каскадных УНЧ на биполярных транзисторах

На рис. 8 и 9 показаны схемы каскодных УНЧ на биполярных транзисторах. Такие усилители имеют довольно высокий коэффициент усиления Ку. Усилитель на рис. 8 имеет Ку=5 в полосе частот от 30 Гц до 120 кГц [МК 2/86-15]. УНЧ по схеме на рис. 9 при коэффициенте гармоник менее 1% имеет коэффициент усиления 100 [РЛ 3/99-10].

Рис. 8. Каскадный УНЧ на двух транзисторах с коэффициентом усиления = 5.

Рис. 9. Каскадный УНЧ на двух транзисторах с коэффициентом усиления = 100.

Экономичный УНЧ на трех транзисторах

Для портативной радиоэлектронной аппаратуры важным параметром является экономичность УНЧ. Схема такого УНЧ представлена на рис. 10 [РЛ 3/00-14]. Здесь использовано каскадное включение полевого транзистора VT1 и биполярного транзистора VT3, причем транзистор VT2 включен таким образом, что стабилизирует рабочую точку VT1 и VT3.

При увеличении входного напряжения этот транзистор шунтирует переход эмиттер — база VT3 и уменьшает значение тока, протекающего через транзисторы VT1 и VT3.

Рис. 10. Схема простого экономичного усилителя НЧ на трех транзисторах.

Как и в приведенной выше схеме (см. рис. 6), входное сопротивление этого УНЧ можно задавать в пределах от десятков Ом до десятков МОм. В качестве нагрузки использован телефонный капсюль, например, ТК-67 или ТМ-2В. Телефонный капсюль, подключаемый при помощи штекера, может одновременно служить выключателем питания схемы.

Напряжение питания УНЧ составляет от 1,5 до 15 В, хотя работоспособность устройства сохраняется и при снижении питающего напряжения до 0,6 В. В диапазоне напряжения питания 2... 15 В потребляемый усилителем ток описывается выражением:

1(мкА) = 52 + 13*(Uпит)*(Uпит),

где Uпит - напряжение питания в Вольтах (В).

Если отключить транзистор VT2, потребляемый устройством ток увеличивается на порядок.

Двухкаскадные УНЧ с непосредственной связью между каскадами

Примерами УНЧ с непосредственными связями и минимальным подбором режима работы являются схемы, приведенные на рис. 11 - 14. Они имеют высокий коэффициент усиления и хорошую стабильность.

Рис. 11. Простой двухкаскадный УНЧ для микрофона (низкий уровень шумов, высокий КУ).

Рис. 12. Двухкаскадный усилитель низкой частоты на транзисторах КТ315.

Рис. 13. Двухкаскадный усилитель низкой частоты на транзисторах КТ315 - вариант 2.

Микрофонный усилитель (рис. 11) характеризуется низким уровнем собственных шумов и высоким коэффициентом усиления [МК 5/83-XIV]. В качестве микрофона ВМ1 использован микрофон электродинамического типа.

В роли микрофона может выступать и телефонный капсюль. Стабилизация рабочей точки (начального смещения на базе входного транзистора) усилителей на рис. 11 - 13 осуществляется за счет падения напряжения на эмиттерном сопротивлении второго каскада усиления.

Рис. 14. Двухкаскадный УНЧ с полевым транзистором.

Усилитель (рис. 14), имеющий высокое входное сопротивление (порядка 1 МОм), выполнен на полевом транзисторе VT1 (истоковый повторитель) и биполярном — VT2 (с общим).

Каскадный усилитель низкой частоты на полевых транзисторах, также имеющий высокое входное сопротивление, показан на рис. 15.

Рис. 15. схема простого двухкаскадного УНЧ на двух полевых транзисторах.

Схемы УНЧ для работы с низкоОмной нагрузкой

Типовые УНЧ, предназначенные для работы на низкоомную нагрузку и имеющие выходную мощность десятки мВт и выше, изображены на рис. 16, 17.

Рис. 16. Простой УНЧ для работы с включением нагрузки с низким сопротивлением.

Электродинамическая головка ВА1 может быть подключена к выходу усилителя, как показано на рис. 16, либо в диагональ моста (рис. 17). Если источник питания выполнен из двух последовательно соединенных батарей (аккумуляторов), правый по схеме вывод головки ВА1 может быть подключен к их средней точки напрямую, без конденсаторов СЗ, С4.

Рис. 17. Схема усилителя низкой частоты с включением низкоомной нагрузки в диагональ моста.

Если вам нужна схема простого лампового УНЧ то такой усилитель можно собрать даже на одной лампе, смотрите у нас на сайте по электронике в соответствующем разделе.

Литература: Шустов М.А. Практическая схемотехника (Книга 1), 2003 год.

Исправления в публикации: на рис. 16 и 17 вместо диода Д9 установлена цепочка из диодов.

Усилитель с общим эмиттером раньше являлся базовой схемой всех усилительных устройств.

В прошлой статье мы с вами говорили о самой простой схеме смещения транзистора. Эта схема (рисунок ниже) зависит от , а он в свою очередь зависит от температуры, что не есть хорошо. В результате на выходе схемы могут появиться искажения усиливаемого сигнала.

Чтобы такого не произошло, в эту схему добавляют еще парочку и в результате получается схема с 4-мя резисторами:

Резистор между базой и эмиттером назовем R бэ , а резистор, соединенный с эмиттером, назовем R э . Теперь, конечно же, главный вопрос: “Зачем они нужны в схеме?”

Начнем, пожалуй, с R э .

Как вы помните, в предыдущей схеме его не было. Итак, давайте предположим, что по цепи +Uпит—->R к —–> коллектор—> эмиттер—>R э —-> земля бежит электрический ток, с силой в несколько миллиампер (если не учитывать крохотный ток базы, так как I э = I к + I б ) Грубо говоря, у нас получается вот такая цепь:

Следовательно, на каждом резисторе у нас будет падать какое-то напряжение. Его величина будет зависеть от силы тока в цепи, а также от номинала самого резистора.

Чуток упростим схемку:

R кэ – это сопротивление перехода коллектор-эмиттер. Как вы знаете, оно в основном зависит от базового тока.

В результате, у нас получается простой делитель напряжения , где

Мы видим, что на эмиттере уже НЕ БУДЕТ напряжения в ноль Вольт, как это было в прошлой схеме. Напряжение на эмиттере уже будет равняться падению напряжения на резисторе R э .

А чему равняется падение напряжения на R э ? Вспоминаем закон Ома и высчитываем:

Как мы видим из формулы, напряжение на эмиттере будет равняться произведению силы тока в цепи на номинал сопротивления резистора R э . С этим вроде как разобрались. Для чего вся эта канитель, мы разберем чуть ниже.

Какую же функцию выполняют резисторы R б и R бэ ?

Именно эти два резистора представляют из себя опять же простой делитель напряжения . Они задают определенное напряжение на базу, которое будет меняться, если только поменяется +Uпит , что бывает крайне редко. В остальных случаях напряжение на базе будет стоять мертво.

Вернемся к R э.

Оказывается, он выполняет самую главную роль в этой схеме.

Предположим, у нас из-за нагрева транзистора начинает увеличиваться ток в этой цепи.

Теперь разберем поэтапно, что происходит после этого.

а) если увеличивается ток в этой цепи, то следовательно увеличивается и падение напряжения на резисторе R э .

б) падение напряжения на резисторе R э – это и есть напряжение на эмиттере U э . Следовательно, из-за увеличения силы тока в цепи U э стало чуток больше.

в) на базе у нас фиксированное напряжение U б , образованное делителем из резисторов R б и R бэ

г) напряжение между базой эмиттером высчитывается по формуле U бэ = U б – U э . Следовательно, U бэ станет меньше, так как U э увеличилось из-за увеличенной силы тока, которая увеличилась из-за нагрева транзистора.

д) Раз U бэ уменьшилось, значит и сила тока I б , проходящая через базу-эмиттер тоже уменьшилась.

е) Выводим из формулы ниже I к

I к =β х I б

Следовательно, при уменьшении базового тока, уменьшается и коллекторный ток;-) Режим работы схемы приходит в изначальное состояние. В результате схема у нас получилась с отрицательной обратной связью, в роли которой выступил резистор R э . Забегая вперед, скажу, что О трицательная О братная С вязь (ООС) стабилизирует схему, а положительная наоборот приводит к полному хаосу, но тоже иногда используется в электронике.

Расчет усилительного каскада

1) Первым делом находим из даташита максимально допустимую рассеиваемую мощность, которую транзистор может рассеять на себе в окружающую среду. Для моего транзистора это значение равняется 150 миллиВатт. Мы не будем выжимать из нашего транзистора все соки, поэтому уменьшим нашу рассеиваемую мощность, умножив на коэффициент 0,8:

P рас = 150х0,8=120 милливатт.

2) Определим напряжение на U кэ . Оно должно равняться половине напряжения Uпит.

U кэ = Uпит / 2 = 12/2=6 Вольт.

3) Определяем ток коллектора:

I к = P рас / U кэ = 120×10 -3 / 6 = 20 миллиампер.

4) Так как половина напряжения упала на коллекторе-эмиттере U кэ , то еще половина должна упасть на резисторах. В нашем случае 6 Вольт падают на резисторах R к и R э . То есть получаем:

R к + R э = (Uпит / 2) / I к = 6 / 20х10 -3 = 300 Ом.

R к + R э = 300 , а R к =10R э, так как K U = R к / R э , а мы взяли K U =10 ,

то составляем небольшое уравнение:

10R э + R э = 300

11R э = 300

R э = 300 / 11 = 27 Ом

R к = 27х10=270 Ом

5) Определим ток базы I базы из формулы:

Коэффициент бета мы замеряли в прошлом примере. Он у нас получился около 140.

Значит,

I б = I к / β = 20х10 -3 /140 = 0,14 миллиампер

6) Ток делителя напряжения I дел , образованный резисторами R б и R бэ , в основном выбирают так, чтобы он был в 10 раз больше, чем базовый ток I б :

I дел = 10I б = 10х0,14=1,4 миллиампер.

7) Находим напряжение на эмиттере по формуле:

U э = I к R э = 20х10 -3 х 27 = 0,54 Вольта

8) Определяем напряжение на базе:

U б = U бэ + U э

Давайте возьмем среднее значение падения напряжения на базе-эмиттер U бэ = 0,66 Вольт . Как вы помните – это падение напряжения на P-N переходе.

Следовательно, U б =0,66 + 0,54 = 1,2 Вольта . Именно такое напряжение будет теперь находиться у нас на базе.

9) Ну а теперь, зная напряжение на базе (оно равняется 1,2 Вольта), мы можем рассчитать номинал самих резисторов.

Для удобства расчетов прилагаю кусочек схемы каскада:

Итак, отсюда нам надо найти номиналы резисторов. Из формулы закона Ома высчитываем значение каждого резистора.

Для удобства пусть у нас падение напряжения на R б называется U 1 , а падение напряжения на R бэ будет U 2 .

Используя закон Ома, находим значение сопротивлений каждого резистора.

R б = U 1 / I дел = 10,8 / 1,4х10 -3 = 7,7 КилоОм . Берем из ближайшего ряда 8,2 КилоОма

R бэ = U 2 / I дел = 1,2 / 1,4х10 -3 = 860 Ом . Берем из ряда 820 Ом.

В результате у нас будут вот такие номиналы на схеме:

Проверка работы схемы в железе

Одной теорией и расчетами сыт не будешь, поэтому собираем схему в реале и проверяем ее в деле. У меня получилась вот такая схемка:

Итак, беру свой и цепляюсь щупами на вход и выход схемы. Красная осциллограмма – это входной сигнал, желтая осциллограмма – это выходной усиленный сигнал.

Первым делом подаю синусоидальный сигнал с помощью своего китайского генератора частоты :

Как вы видите, сигнал усилился почти в 10 раз, как и предполагалось, так как наш коэффициент усиления был равен 10. Как я уже говорил, усиленный сигнал по схеме с ОЭ находится в противофазе, то есть сдвинут на 180 градусов.

Давайте подадим еще треугольный сигнал:

Вроде бы гуд. Если присмотреться, то есть небольшие искажения. Нелинейность входной характеристики транзистора дает о себе знать.

Если вспомнить осциллограмму схемы с двумя резисторами

то можно увидеть существенную разницу в усилении треугольного сигнала

Заключение

Схема с ОЭ во времена пика популярности биполярных транзисторов использовалась как самая ходовая. И этому есть свое объяснение:

Во-первых , эта схема усиливает как по току, так и по напряжению, а следовательно и по мощности, так как P=UI .

Во-вторых , ее входное сопротивление намного больше, чем выходное, что делает эту схему отличной малопотребляемой нагрузкой и отличным источником сигнала для следующих за ней нагрузок.

Ну а теперь немного минусов:

1) схема потребляет небольшой ток, пока находится в режиме ожидания. Это значит, питать ее долго от батареек не имеет смысла.

2) она уже морально устарела в наш век микроэлектроники. Для того, чтобы собрать усилитель, проще купить готовую микросхему и сделать на ее базе

А. Бепьский
РМ. КВ-УКВ. 1/2002

При конструировании транзисторных усилителей мощности радиолюбители зачастую не выполняют полный расчет схемы ввиду сложности и большого объема вычислений. Компьютерные методы моделирования радиотехнических устройств несомненно облегчают процесс конструирования, но приобретение и освоение таких программ также вызывает определенные проблемы, поэтому графические методы расчета для некоторых радиолюбителей могут оказаться наиболее приемлемыми и доступными, например, метод, описанный в .

Одна из главных целей при конструировании усилителей мощности - получение максимальной выходной мощности. Однако при выборе величины напряжения питания усилителя должно соблюдаться условие - Uкэ max выходного транзистора не должно превышать более чем на 10% значение, приводимое для него в справочнике. При проектировании также необходимо учитывать справочные значения Iк max и Pк max транзистора и, кроме того, знать значение коэффициента в.

Смысл используемых обозначений иллюстрирует рис.1. Используя справочные параметры транзистора, на миллиметровке строится система координат Uк, Iк, и на ней проводятся прямые Iк max, Uкэ max и кривая предельной мощности Рк max (рис.2). Внутри площади, ограниченной прямыми Iк max и Uкэ max и гиперболой Рк max располагается рабочая точка транзистора.

Рис.1

Выходная мощность каскада будет тем больше, чем ближе к гиперболе Рк max проходит нагрузочная прямая.

Максимум мощности достигается при касании гиперболы прямой. Максимальное выходное напряжение обеспечивается, если нагрузочная прямая выходит из точки Uкэ max. Для одновременного выполнения обоих упомянутых условий, выходящая из точки Uкэ max прямая должна касаться гиперболы Рк max.

Иногда возникает необходимость получения большого тока через выходной транзистор. В этом случае необходимо провести нагрузочную прямую из точки Iк max касательно к гиперболе Рк max. Транзистор будет работать в режиме класса А.

Выберем рабочую точку Мр транзистора так, чтобы выходное напряжение было максимальным и симметричным. Из рабочей точки проводим прямые, параллельные осям Uк и Iк. В точке пересечения с осью Uк получим значение напряжения питания каскада, а в точке пересечения с осью Iк - величину тока покоя транзистора (Iко). После этого, зная коэффициент в транзистора, можно определить ток базы Iбо для выбранной рабочей точки. Кроме того, можно рассчитать и другие параметры каскада, важные для разработчика. Следует иметь в виду, что сопротивление резистора Rэ необходимо выбирать как можно меньше (в предельном случае - равное нулю).

С целью иллюстрации описанного метода расчета предельных параметров усилителей мощности рассмотрим алгоритм разработки выходного каскада на транзисторе 2N3632 (приблизительный аналог - КТ907).

Для этого транзистора: Uкэ max =40В; Рк max=23 Вт; Iк max=3 А; b=50...110 (для расчетов принимаем в=100); ft=400 МГц.

Графическим путем получим следующие данные: Uп=16 В; Iко=1,36 A; Uвых=30 В: Iкm=2,8А.

Определяем ток базы:

Ток через делитель:

Сопротивление резисторов делителя.