13.5.1. Расчет усилительного каскада с общим эмиттером

Принципиальная схема каскада представлена на рис. 13.12. Исходными данными для расчета являются RН (входное сопротивление КПУ или УМ, для управления которым рассчитывается данный каскад) и UВЫХm = UHm (амплитудное значение напряжения, требуемого для управления следующим КПУ или УМ).

Расчет схемы производится в следующей последовательности.

1. Выбирается сопротивление RК из следующих соображений. Коэффициент КU каскада прямо пропорционален RН» = RК || RH. Основным требованием к КПУ является обеспечение высоких коэффициентов усиления, с этой точки зрения RК необходимо выбирать много больше RН. С другой стороны, от величины RК зависит требуемое ЕК каскада. Уравнение выходной цепи каскада по постоянному току имеет вид:

Из выражения (13.9) видно, что увеличение RК ведет к увеличению требуемого ЕК, поэтому RК выбирается из условия:

В случае, если каскад с ОЭ является предоконечным каскадом усилителя, задают RK = RH с целью обеспечения согласованного режима работы предоконечного каскада и каскада УМ.

Возможен случай, когда каскад с ОЭ нагружен на каскад с ОИ, входное сопротивление которого, как правило, выше 1 МОм. В этом случае RК задают как можно большим при сохранении условия, чтобы напряжение питания рассчитываемого каскада было меньше или равно напряжению питания следующего по схеме каскада.                                            

            2. Определяется амплитуда переменной составляющей тока коллектора:

3. Задаются координаты точки покоя выходной цепи транзистора. Они должны удовлетворять условиям:

Для определения UКЭП принимают DUКЭ = 1 ÷ 2 В; IКП определяют из условия      IКП = (1,1 ÷ 1,2)IKm. Для транзисторов малой мощности, применяемых в КПУ, рекомендуется задавать IКП не менее 1 мА, чтобы точка покоя базовой цепи не располагалась на нелинейном участке входной ВАХ. Если расчетное значение IКП не удовлетворяет последнему условию, то принимают IКП = 1 мА. 

            4. Определяется ЕК каскада. Падение напряжения на сопротивлении RЭ для обеспечения высокой температурной стабильности режима покоя выбирается из условия UЭП = (0,1 ÷ 0,3)ЕК. Подставляя U ЭП в (13.9), получим выражение для расчета ЕК:

            5. Выбирается транзистор из условий: UКЭДОП > ЕК; IКДОП > IКП + IKm;                РКДОП > UКЭП×IКП;   fh21Э > (3 ¸ 5)fB.

6. Определяется ток  В справочной литературе приводится, как правило, диапазон изменения параметра h21Э транзистора. При расчете КПУ берется среднее значение h21Э. Для IбП по входной ВАХ, соответствующей UКЭ = UКЭП, определяется напряжение UбЭП. Точка покоя входной цепи транзистора должна располагаться на линейном участке ВАХ, в противном случае нужно увеличить IКП и повторить расчет. При этом параметры выбранного транзистора могут перестать отвечать условиям (п. 5), в этом случае необходимо выбрать транзистор другого типа.

7. Задается ток делителя IД = (2 ÷ 5)IбП, рассчитываются сопротивления RЭ, R1 и R2 по формулам (13.1) – (13.3).

8. Производится расчет каскада по переменному току. Схема замещения каскада по переменному току в области средних частот представлена на рис. 13.13. В схеме не учтено наличие в транзисторе внутренней обратной связи (описываемой параметром  h12Э транзистора), т.к. напряжение ОС, действующее на входе каскада UОС = h12Э × UH намного меньше UВХ. Сопротивления входного делителя R1 и R2 представлены в схеме замещения сопротивлением RД = R1 || R2.