Работу и расчет типовой схемы УК на БПТ в учебной литературе производят обычно с помощью статических и динамических вольт-амперных характеристик (ВАХ) (рис. 2 в примере расчета).

В основном используются входные  I _б = f ( U _бэ ) и семейство выходных , ( реже - проходные  статические и динамические ВАХ, приводимые в справочниках.

В качестве входной динамической ВАХ обычно используется статическая при , например, при , что объясняется слабой зависимостью этих ВАХ от  (рис. 2-а в примере расчета).

В качестве выходной динамической ВАХ в режиме малого переменного сигнала применяются нагрузочные прямые по постоянному току (рис. 2-б в примере расчета).

Рассмотрим основы расчета и конкретный пример РГР ДЗ для УК на БПТ 1Т313Б

Любой расчет транзисторного каскада сводится к следующему.

1. К выбору транзистора по заданной мощности в нагрузке или максимальной в ней амплитуде напряжения выходного сигнала.

2. Построению линии нагрузки (нагрузочной прямой – НП ) в соот-ветствие с заданными сопротивлением нагрузки в цепи коллекто-ра и напряжении на коллекторе Е_к , а также выбору рабочей точки на НП, обеспечивающей выходную мощность или амплитуду вы-ходного сигнала при минимальных искажениях.

3. Расчету схемы смещения (резисторов R ₁ , R _2, R _э ), обеспечиваю-щей работу усилителя в выбранной рабочей точке и её термоста-билизацию для предотвращения теплового ухода при нагреве БПТ. 4. Расчету основных динамических параметров (коэффициентов усиления по току, напряжению или мощности, входного и выходно-го сопротивлений, коэффициента нелинейных искажений и других параметров).

ПРИМЕР РАСЧЕТА

Пусть требуется получить в нагрузке R _н = 1 кОм маломощного каскада на биполярном транзисторе (БПТ) в схеме с ОЭ (рис.1) мощность выходного сигнала P _~н = 1 мВт при Е_к = 6 В и коэффициенте стабилизации К_ст= 8, обеспечивающем стабильность рабочей точки при нагревании транзистора в процессе работы.

Рис.1. Усилительный каскад НЧ на транзисторе 1Т313Б с рассчитанны-ми в РГР параметрами

Расчет осуществляем в следующей последовательности .

1. Выбираем транзистор на более высокую мощность рассеяния на коллекторепо сравнению с требуемой P _~н = 1 мВт:  

                          Р_{к макс} ≥ (5 – 10)P_~н                                       ( 1)

Выбираем БПТ типа 1Т313Б , у которого Р_{к макс} >10 P_~н = 100 мВт.

2. В соответствии с заданными R _{н ,} P _~н и Е_к на семействе выходных ста-тических характеристик I _к = ƒ( U _кэ ) строим НП. При этом учитываем наличие в коллекторной цепи резисторов R_к и R_н, а в эмиттерной - R_э.

Ход нагрузочной прямой и её наклон определяем величинами:

  Е_к = 6 В и R_о = R_{н экв} + R_э = R_к∙R_н/(R_к + R_н) + R_э               (2)

Так как заданным является R_н , а не R_о , определяющее верхнюю координату I_к = Е_к / R_о , то из координаты абсциссы Е_к = 6 В проводим НП произволь-но , задавшись I_к = 6 мА так , чтобы точка её пересечения с ординатой оказалась ниже выходной характеристики , снятой при максимальном токе базы                  I_{б макс} =160 мкА  (рис.2в).

3. На линии нагрузки БПТ выбираем рабочую точку посередине НП, чтобы равным отклонениям тока базы (ΔI_б = 40 – 80 – 120 мкА) соответствовали равные отрезки НП, что гарантирует минимальные нелинейные искажения формы выходного сигнала:

U_ко =3 В; I_ко = 3 мА; I_бо = 80 мкА

Выбранная рабочая точка обеспечивает динамический режим БПТ (т.н. линейный режим класса А), при котором изменения входного сигнала ΔI_вх = ΔI_б = 80 ± 40 мкА и ΔU_вх = ΔU_бэ = 0,45 ± 0,05 В (амплитуды I_б = 40 мкА и U_бэ = 0,05 В) вызывают соответствующие изменения выходного сигнала ΔI_вых = ΔI_к = 3 ± 1,8 мА, и ΔU_вых = ΔU_кэ = 3 ± 1,8 В (амплитуды I_к = 1,8 мА, т.е. размах∆ I _к = 2∙1,8 = 3,6 мА, U_кэ = 1,8 В, т.е. размах ∆ U _{к э} = 2∙1,8 = 3,6 В).

4. Проверяем получение требуемой мощности по формуле :

P_~н =(U_{к макс} - U_{к мин})∙(I_{к макс} - I_{к мин})/8 =∆ U_{к э}∙∆I_к/8 =[(4,8В – 1,2В)∙           ( 4,8мА – 1,2мА)] / 8 = 3,6(В)∙3,6∙10^-3(А) /8=1,62 мВт,         (3)

что с достаточным запасом удовлетворяет условиям задания.

5.Коэффициент нелинейный искажений не должен превышать 5-10%:

К_ни≈ [(I_{к макс} + I_{к мин} - 2I_{к о} )/ 2(I_{к макс} - I_{к мин} )]∙100% = [(4,8+ 1,2 - 2∙3 )/ /2(4,8– 1,2 )]∙100% = [(6 - 6 )/ 2∙3,6)]∙100% = 0% (4)

то есть искажения практически отсутствуют.