Графоаналітичний розрахунок підсилювального каскаду на БП транзисторі

Основні параметри підсилювача можуть бути визначені одним із двох методів: графоаналітичним або аналітичним.

Графоаналітичний метод являється більш точним, так як він враховує нелінійні властивості транзистора. Крім того, графоаналітичний метод дозволяє зробити більш повний розрахунок: в ньому визначаються величини (рис.5), які зв’язані не тільки із змінними, але із постійними складовими струмів і напруг.

Розрахунок за постійним струмом дозволяє визначити елементи схеми, які забезпечують потрібний режим роботи транзистора, тобто необхідні початкові напруги на виводах транзистора, а розрахунок за змінним струмом – параметри каскаду як однієї з ланок передачі інформаційного сигналу(R_вх,R_вих,K_u,K_i, K_p).

Розрахунок каскаду виконується з використанням сім’ї статичних вихідних характеристик (Рис. 9а) і статичної вхідної (Рис. 9б) характеристики, знятої при U_ke≠0.

В сім’ї вихідних характеристик будуємо лінію навантаження за заданим або вибраним значенням напруги джерела живлення E_к і опору резистора в колекторі R_к.

Графоаналітичний метод дозволяє розраховувати спільні струми і напруги у разі з’єднання лінйної і нелінійної схем. Лінійна схема у цьому випадку утворюється джерелом живлення і резистором R_к, нелінійна представлена безпосередньо транзистором. Для пошуку необхідних струмів і напруг за графоаналітичним методом необхідно побудувати ВАХ лінійної і нелінійної схем і відмітити точку їх перетину. Ці точки перетину визначають збіжні струми і напруги.

Для вихідного кола транзистора справедливе рівняння:

Побудова лінії навантоження проводиться по точках її перетину з осями координат. При отримуємо , тобто відкладаємо по осі напруги(точка М). При отримуємо і відкладаємо це значення по осі струму(точка N). З’єднуючи ці точки отримуємо пряму лінію– лінію навантаження (рівняння (1) є рівнянням лінії навантаження). Потім на ній вибираємо робочий участок.

Наприклад, для отримання великої вихідної потужності слід вибрати робочий участок АБ. За проекціями робочого участку на осі координат визначаються подвійні амплітуди перших гармонік змінних складових вихідного струму і вихідної напруги:

Після цього можна знайти вихідну потужність:

(7)

На рис. 9а заштриховано так званий трикутник корисної потужності. Його гіпотенузою являється робочий участок АБ, а катетами – відповідно подвійні амплітуди струму і напруги . Площа трикутника відповідає 4Р_ВИХ.

Якщо опір джерела коливань R_г набагато більший за вхідний опір транзистора R_ВХ, то нелінійністю R_ВХ можна нехтувати, так як властивість вхідного кола визначається R_г. Якщо він являється лінійним, то при синусоїдній ЕРС джерела коливань струм i_ВХ теж буде синусоїдним. В цьому випадку робоча точка Р відповідає струмові I_БР, який являється середнім по відношенню до струмів бази в точках А і Б.

Робоча точка Р визначає амплітуду першої гармоніки I_бm як половину різниці струмів бази в точках

А і Б, а також струм I_кр і напругу U_кep в режимі спокою (вхідний сигнал відсутній). За цими значеннями

можна знайти потужність Ркр, що виділяється в транзисторі в режимі спокою і яка не повинна перевищувати граничну потужність Рк_max, яка являється одним із параметрів транзистора:

Р_кр=I_кpU_кp ≤ Рк_max (8)

Якщо є сімейство вхідних характеристик транзистора, то можна побудувати вхідну робочу характеристику шляхом перенесення по точках в це сімейство вихідну робочу характеристику. Так як в довідниках приводяться вхідні характеристики лише для =0В і для деякого >0 і вони розміщені дуже близько один до одного, то і робоча характеристика має відрізнятися від них.

Тому розрахунок вхідних струмів і напруг можна приблизно робити за вхідною характеристикою для значення =5В, взятої із довідника. На цю криву переносять точки А₁, Р,Б вихідної робочої характеристики і отримується точки А₁,Р’, Б₁ (Рис.9 б). Проекція робочого участку А₁,Б₁ на вісь напруг виражає подвійну амплітуду вхідної напруги , а на вісь струмів – подвійний вхідний струм .

Користуючись графічними побудовами, приведеними на рис.9 можна визначити наступні величини:

Вхідний опір:

(9)

Вхідну потужність каскаду:

(10)

Коефіцієнт підсилення за напругою:

(11)

Коефіцієнт підсилення за струмом:

(12)

Коефіцієнт підсилення за потужністю:

(13)

Потужність споживана від джерела живлення:

(14)

Елементи схеми напруги зміщення:

(15)

, (16)

де - струм дільника; (2÷5)

На рис.9б показано, що при робочій точці Р’ вхідний струм мало спотворений: дві його півхвилі мають однакові амплітуди. Вхідні напруги при цьому сильно спотворені(позитивна півхвиля значно менша за від’ємну). При цьому вихідний струм і вихідна напруга виходять мало спотворені. Такий результат отримують, коли джерело вхідного сигналу працює як генератор струму(при R_r>>R_вх) і задає на вхід транзистора синусоїдний струм. Якщо джерело сигналу працює як генератор напруги (при R_r <<R_вх) і задає на вхід синусоїдну напругу, то робоча точка буде знаходитись в положенні Р₁’, а вхідним струм буде сильно спотворений. Відповідно будуть сильно спотворені вихідний струм і вихідна напруга.

а)

б)

Рис.9 Статичні характеристики транзистора:

а-вихідна; б-вхідна.

Поиск по сайту: