Контрольное задание №1
Исходные данные (Вариант №4):
Изобразим полную принципиальную схему предварительного каскада элементами связи с источником сигнала и последующим каскадом.
Выберем тип транзистора исходя из заданного режима его работы и частоты верхнего среза усилителя fВ
Еп=9В; I0K
=12 мА; fВ
=10кГц
Возьмем низкочастотный транзистор малой мощности. Например ГТ108А [3]. Это германиевый сплавной транзистор p-n-p типа.
Выпишем его основные параметры из справочника [3]:
Рассчитаем параметры малосигнальной модели биполярного транзистора [1].
Среднее значение коэффициента передачи тока равно:

(1.1)
h
21Э
=33,2.
Выходная проводимость определяется как

(1.2)
h
22Э
=1,2*10-4
См.
Здесь UA
— напряжение Эрли, равное 70... 150 В у транзисторов типа р-n-р.
Объемное сопротивление области базы rБ
можно определить из постоянного времени τК
коллекторного перехода:

(1.3)
rБ
=100 Ом
Дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода определяется по формуле:

(1.4)
r
Б’Э
=74 Ом
где

=2,2 Ом дифференциальное сопротивление эмиттера;

0,026 В — температурный потенциал при Т= 300 К;
m=1 — поправочный коэффициент, принимаемый примерно равным 1 для германиевых транзисторов.
Входное сопротивление транзистора:

(1.5)
h
11Э
=174 Ом
Емкость эмиттерного перехода равна:

(1.6)
СБ’Э
=4,3 нФ
Проводимость прямой передачи:

(1.7)
Y21Э
=0,191 См
Рассчитаем параметры эквивалентной схемы биполярного транзистора по дрейфу [1].
Минимальная температура перехода транзистора

(1.8)
где PK
— мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора;

(1.9)
PK
=48 мВт,
RПС
=0,5 °С/мВт,
tПmin
= 14,4°С.
Максимальная рабочая температура перехода:
tПmax
= tСmax
+ RПС
PK
(1.10)
tПmax
=49,4°С
Значение параметра h/
21Э
транзистора при минимальной температуре перехода:

(1.11)
h/
21Э
=26,4.
Значение параметра h//
21Э
транзистора при максимальной рабочей температуре перехода:

(1.12)
h//
21Э
=52,3.
Изменение параметра Δh21Э
в диапазоне температур:

(1.13)
Δh21Э
=26
Изменение обратного тока коллектора в диапазоне температур:

(1.14)
ΔIКБ0
=81 мкА,
где α — коэффициент, принимаемый для германиевых транзисторов в интервале 0,03— 0,035
Эквивалентное изменение тока в цепи базы в диапазоне температур:

(1.15)
ΔI0
=0,4 мА
Эквивалентное изменение напряжения в цепи базы, вызванное изменением температуры окружающей среды:

(1.16)
ΔU0
=0,12В
Рассчитаем элементы эммитерной стабилизации тока покоя транзистора:
Зададимся падением напряжением на сопротивлении RЭ
в цепи эмиттера транзистора равным
URЭ
=0,2Eп=1,8В (1.17)
Определим сопротивление этого резистора:

(1.18)
RЭ
=150 Ом
а также сопротивление резистора в цепи коллектора:

(1.19)
RК
=267 Ом
Округлим их значения до ближайших стандартных, они будут равны соответственно 150 Ом и 270 Ом
Зададимся допустимым изменением тока коллектора в диапазоне температур из условия

(1.20)
ΔI0К
=0,5I0K
=6 мА
При этом необходимо учитывать, что меньшее значение изменения этого тока приводит к увеличению тока, потребляемого резистивным делителем в цепи базы, к снижению входного сопротивления и ухудшению КПД каскада.
Исходя из требуемой стабилизации тока покоя каскада, определяют эквивалентное сопротивление в цепи базы транзистора:

(1.21)
RБ
=4,2 кОм (стандартная величина – 4,3 кОм)
Рассчитаем ток базы в рабочей точке:

(1.22)
IОБ
=0,36 мА
Пусть U0БЭ
=0,3 В
Напряжение на нижнем плече резистивного делителя в цепи базы:

(1.23)
URБ2
=2,1 В
Сопротивление верхнего плеча резистивного делителя в цепи базы:

(1.24)
RБ1
=10 кОм (стандартная величина – 10 кОм)
Сопротивление нижнего плеча делителя в цепи базы:

(1.25)
RБ2
=4,2 кОм (стандартная величина – 4,3 кОм)
Входные сопротивления рассчитываемого RВХ
и последующего RВХ2
= RН
каскадов:

(1.26)
RВХ1
=167 Ом
Выходное сопротивление каскада:

(1.27)
RВЫХ
=260 Ом
Определим емкости разделительных (СР1
и СР2
) и блокировочного (СЭ
)конденсаторов. Эти конденсаторы вносят частотные искажения в области нижних частот примерно в равной степени. В связи с этим заданные на каскад частотные искажения МН
(дБ) в децибелах целесообразно распределить поровну между данными элементами:
МНСР1
=МНСР2
=МНСЭ
=
0,33 дБ
Емкость первого разделительного конденсатора:

(1.28)
СР1
=6,1 мкФ (стандартная величина – 6,2 мкФ)
Емкость второго разделительного конденсатора:

(1.29)
СР2
=11 мкФ (стандартная величина – 10 мкФ)
Емкость блокировочного конденсатора в цепи эмиттера:

(1.30)
где

(1.31)
М0
=7,7;
СЭ
=238 мкФ (стандартная величина – 240 мкФ);
Сопротивление нагрузки каскада по переменному току:

(1.32)

=103 Ом
Коэффициент передачи каскада по напряжению:

(1.33)
КU
=20
Сквозной коэффициент передачи по напряжению:

(1.34)
КЕ
=4,2
Выходное напряжение каскада:

(1.35)
UВЫХ
=213 мВ
Коэффициент передачи тока:

(1.36)
Ki
=20
Коэффициент передачи мощности:

(1.37)
KP
=383
Верхняя граничная частота каскада определяется по формуле:

(1.38)
где

— эквивалентная постоянная времени каскада в области верхних частот.