Курсовая работа: Графоаналитический расчёт и исследование полупроводникового усилительного каскада

При I_Б = 0 ток коллектора очень мал, обусловлен движением только «тепловых» неосновных носителей через переход коллектор-база и представляет собой ток насыщения неосновных носителей коллекторного перехода I_K =I_{К S} (транзистор находится на границе режима отсечки). Переходная характеристика имеет протяженный линейный участок и лишь при приближении к режиму насыщения транзистора становится нелинейной. При дальнейшем увеличении тока базы I_Б ток коллектора асимптотически стремится к своему наибольшему значению

=20/(680+330)=)=0,0198А=19,8 мА

5. Выбор положения начальной рабочей точки Р для режима постоянного тока в цепи коллектора

Положение начальной рабочей точки (точки покоя при U_ВХ =0)на всех характеристиках задается напряжением смещенияU_БЭ и определяет способность транзистора влиять на форму сигнала в процессе усиления. Наименьшее искажение формы сигнала достигается в транзисторном каскаде, работающем в классе А .

Начальная рабочая точка Р для такого усилительного каскада должна располагаться на участке входной характеристики, наиболее близком к линейному (в пределах двойной амплитуды входного сигнала), соответствующем наиболее линейному участку переходной характеристики. Только в этом случае между изменениями входного сигнала ΔU_БЭ и выходного тока ΔI_K (а, следовательно, и выходного напряжения ΔU_КЭ ) будет иметь место линейная зависимость.

После выбора положения начальной рабочей точки Р на входной и переходной динамической характеристиках она переносится на нагрузочную прямую. Именно в этой точке снимаем с графиков числовые значения параметров, характеризующих начальную рабочую точку (точку покоя при отсутствии входного сигнала): U бэ 0 = 0,15 В; I б 0 =0,2 мА; U кэ 0 = 10 В; I к 0 =10 мА.

6. Построение нагрузочной прямой для режима переменного тока

В режиме переменного тока на вход усилительного каскада подается входной синусоидальный сигнал заданной амплитуды (U_ВХ ≠0) и частоты f.

Этому режиму работы соответствует другая нагрузочная прямая, при построении которой принимается во внимание шунтирование резистора температурной стабилизации R э=0,33кОм малым емкостным сопротивлением конденсатора Сэ на частоте входного сигнала. Для простоты будем считать, что на заданной частотеf =400Гц емкостное сопротивление конденсатора X_C =0 и он полностью закорачивает резистор Rэ. Тогда эмиттер транзистора на частоте входного сигналаоказывается замкнутым на землю и баланс напряжений коллекторной цепи изменится по сравнению с выражением (3).

Поскольку эти изменения проявляются только на переменной составляющей сигнала, перепишем уравнение (1) с учетом наличия этой составляющей:

Отсюда

(5)

Сгруппируем слагаемые

(6)

И введём новые обозначения:

Ек’=Ек – I к 0· R э I к= I к 0 + i к ≈

Окончательно получим:

(7)

Уравнению (7) соответствует диаграмма, приведенная на рисунке 4.

Рисунок 4 – К построению нагрузочной прямой для переменной составляющей при наличии элементов Rэ и Сэ

Разрешив уравнение (7) относительно тока Iк, получим:

(8)

Мы видим, что выражение (8) по форме совпадает с выражением (4), которое лежало в основе построения нагрузочной прямой для постоянного тока в цепи коллектора.

Поэтому, рассуждая аналогично, найдем значение максимального тока коллектора I_K = Е΄_к /R_K (при U_кэ = 0) для переменной составляющей.

Е΄_{к =} Ек – Iк0·Rэ = 20 – 0,01·330 => Е΄_к =16,7 (В)

Iк= (Ек – Iк0·Rэ)/Rк

Iк= 16,7/680 ≈0,02456 =24,56·10ˉ³ А => I к =24,56 (мА)