Выбор транзистора

· допустимое напряжение между коллектором и эмиттером должно превышать напряжение источника питания

(1)

· величина допустимого тока коллектора должна превышать максимальное значение тока в коллекторной цепи транзистора

·

(2)

где - ток покоя в цепи коллектора,

- амплитуда переменной составляющей тока в цепи коллектора

, (3)

где - эквивалентное сопротивление нагрузки каскада по переменному току. При этом - нагрузка по постоянному току.

Исходя из того, что данный каскад является усилителем мощности, для обеспечения максимальной передачи мощности задаем:

, (4)

то есть

(при условии усиления напряжения задают , а при усилении по току ), тогда

Для обеспечения экономичности каскада при минимальных линейных искажениях выбирают

На основании (1) и (2) необходимо выбрать транзистор, который бы обеспечивал:

По результатам предварительного расчета был выбран в качестве усилительного элемента транзистор типа КТ315. Из справочных данных выбираем транзистор КТ315Г, у которого , , , .

Строим на миллиметровке входные и выходные статические характеристики, приведенные в справочнике для выбранного транзистора. На выходной характеристике строим нагрузочную прямую по 2-м точкам: по оси напряжений откладываем напряжение Uкэ = Ек, вторая точка это точка, определяющая положение точки покоя (ее координаты: по оси Y – Iок, а по оси Х – Uок (см п. 2)).

2. Находим напряжение между коллектором и эмиттером транзистора в режиме покоя

, (5)

где - напряжение между коллектором и эмиттером, ниже которого при работе каскада возникают значительные нелинейные искажения из-за того, что в рабочую зону попадают участки характеристик транзистора со значительной кривизной.

Для маломощных транзисторов, как правило, задают . Тогда

3. Находим мощность, выделяющуюся на коллекторе транзистора:

(6)

При этом необходимо обеспечивать условие:

Таким образом, выбранный тип транзистора отвечает требованиям по мощности.

4. Находим сопротивление нагрузки в цепи коллектора. Исходя из (4), имеем:

Рассеиваемая мощность в резисторе:

(8)

Таким образом

Из справочника выбираем резистор типа С2-33 мощностью 0,25 Вт с сопротивлением 1200 Ом.

5. Находим сопротивление в цепи термостабилизации

(9)

При этом необходимо выполнять соотношение

, (10)

которое обеспечивает незначительное снижение динамического диапазона каскада и падение напряжения на , которое превышает значение контактного потенциала p-n перехода транзистора (для обеспечения условий температурной стабилизации режима покоя каскада). И так:

Эта величина соответствует условию (10).

Рассеиваемая мощность в :

Из справочника выбираем резистор типа С2-33 мощностью 0,25 Вт с сопротивлением 360 Ом.

6. Находим емкость конденсатора , которая шунтирует при условии, что его сопротивление на частоте должно быть в 10 раз меньшим, чем сопротивление резистора :

(11)

где множитель 10⁶ позволяет получать значение емкости в микрофарадах.

,

Рабочее напряжение на :

Из справочника выбираем конденсатор типа К50-35 емкостью 100 мкФ на напряжение 6,3 В.

7. Находим величину тока покоя базы транзистора аналитически:

(12)

Определяем значение величины тока покоя базы транзистора графически. Нагрузочная прямая пересекает кривые выходной статической характеристики, каждая из которых соответствует определенному значению тока базы. Величина тока базы будет равна значению той кривой, на которой находится точка покоя.

8. Отложить это значение по оси Y на входной статической характеристике. Провести (пунктиром) линию, параллельную оси Х до пересечения с кривой со значением, соответствующим значению напряжения точки покоя на выходной характеристики. От точки пересечения опустить перпендикуляр на ось Х. Это и буде значение Uоб. Для нашего примера, так как в открытом состоянии транзистора напряжение между его базой и эмиттером составляет примерно 0,6 В, то напряжение покоя базы

(13)

Теперь можно найти ориентировочное значение входного сопротивления транзистора:

, (14)

9. Находим величины сопротивлений резисторов делителя . Делитель подключен к напряжению

. (15)

Величина тока в делителе выбирается в пределах

, (16)

что обеспечивает независимость задания режима покоя транзистора при изменении его параметров под действием температуры, при замене на другой и т.д.

.

Падение напряжения на составляет:

, (17)

Тогда:

; (18)

. (19)

То есть

Из справочников выбираем R₁ = 15кОм; R₂ = 4,3 кОм.

Находим мощность, которая выделяется в резисторах :

; (20)

; (21)

Из справочников выбираем резисторы типа С2-33 мощностью 0,125 Вт;

10. Находим емкость конденсатора С₂ при условии обеспечения допустимого значения коэффициента частотных искажений М_Н:

, (22)

значение которой получаем в микрофарадах.

Рабочее напряжение С₂ принимаем равным

. (23)

Тогда

Из справочников выбираем конденсатор типа К73-17 емкостью 0,68 мкФ на напряжение 250 В.

11. Находим амплитудные значения тока и напряжения на входе каскада:

, (24)

где - минимальное значение коэффициента передачи тока в схеме СОЭ для выбранного транзистора.

(25)

Необходимая мощность входного сигнала

, (26)

12. Находим расчетные коэффициенты усиления каскада по току, по напряжению, по мощности:

, (27)

, (28)

, (29)

Наличие минимального значения коэффициента усиления транзистора = 50 имеем запас по усилению. Диапазон возможных значений коэффициента усиления у транзисторов достаточно широкий: для КТ315Г он составляет = 50 – 350.