Способы включения бипролярного транзистора

Биполярный транзистор, как управляемый прибор с тремя выводами, может быть описан двумя семействами вольтамперных характеристик (ВАХ): семейством входных ВАХ и семейством выходных ВАХ. Вид их определяется способом включения в схему транзистора, а именно: какой из трех выводов является общим с источниками питания и нагрузки.

Входными ВАХ транзистора являются зависимости входного тока транзистора от входного напряжения при заданном постоянном напряжении на выходе:

 

 

выходными ВАХ являются зависимости выходного тока от выходного напряжения при заданном постоянном входном токе (или, реже, напряжении):

 

.

Возможны три схемы включения (по числу выводов) биполярного транзистора: с общей базой (ОБ), общим эмиттером (ОЭ) и общим коллектором (ОК). На рис.3.4. представлены эти схемы включения транзистора вместе с полярностью источников питания, причем указанная полярность обеспечивает активный режим. Напряжения обычно отсчитываются относительно общего вывода транзистора.

 

Рис. 3.4.

 

В справочниках обычно даются семейства ВАХ транзисторов, включенных по схеме ОБ или ОЭ. Однако основные необходимые параметры транзистора можно рассчитать для остальных схем включения, зная их для какой-либо одной.

Отметим, что включение транзистора, например, отличным от ОБ способом, не отражает никаких новых физических эффектов в транзисторе. Кроме того, при расчетах схем с транзисторами на компьютерах с помощью моделирующих программ чаще всего вообще никак не учитывается способ включения. Программы используют математические модели транзистора, являющиеся едиными для всех схем включения. Однако, анализ характеристик и параметров различных схем включения часто облегчает понимание принципа работы схемы и получение некоторых предварительных результатов.

Расчета усилителя мощности типа ПП2.

 

Дано: P _Н = 15Вт; R _Н = 8Ом; U _ВХ = 2…2,5 В; диапазон рабочих частот

f = 40 Гц…16 кГц, режим работы – в классе В.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ

 

В эмиттерной цепи транзисторов оконечного каскада (VT7, VT8)включены стабилизирующие резисторы R ₁₂ = R _13.

C учётом этих резисторов напряжение одного источника питания (или суммы двух источников E = U_S1 + U_S2 при двуполярном питании) в режиме работы усилителя в классе В равно:

 

 (1.1)

= 34 В

 

где ξ = 0,95–коэффициент использования напряжения источника питания,

Обычно принимают:

 

R ₁₂ = R ₁₃ = 0,05 R _Н                                     (1.2)

R ₁₂ = R ₁₃ = 0,05∙8=0.4Ом

6

Окончательно принимаем стандартные значения напряжений U_S1 = U_S2

из ряда: 9; 12; 15; 20; 24; 30; 36 В. Принимаем U_S1 = U_S2=20 В.

Выбираем резисторы R ₁₂ R ₁₃ по ряду Е24.

РАСЧЁТ КОЛЛЕКТОРНОЙ ЦЕПИ ТРАНЗИСТОРОВ (VT7, VT8) ОКОНЕЧНОГО КАСКАДА

Амплитудное и действующее значения напряжения на нагрузке:

 

U_{H m} = U_S1 / (1,1…1,2)  U_{H m} = 20 / 1,1=18.1 В             (2.1)

U_H = U_{H m} / √2 U_H = 18.1 / √2=12.8 (2.2)

 

Максимальное напряжение между коллектором и эмиттером

 

U_{KЭ max} ≈ Е U_{KЭ max} ≈ 34 В (2.3)

Максимальный ток коллектора

 

I_{K8 max} = U_{H m} / R_H I_{K8 max} = 18.1 / 8=2.3 А (2.4)

 

Постоянная составляющая тока коллектора

 

  (2.5)

Мощность, потребляемая от источника питания

 

  (2.6)

Максимальная мощность, рассеиваемая на коллекторе одного транзистора

  (2.7)

 

Для оконечного каскада выбираются транзисторы, с паспортными параметрами [8,9, 15], превышающими расчетные::

 

Р_{K max ПАСП} > Р_{K8 max};  I_{K max ПАСП} > I_{K8 max;}   U_{KЭ max ПАСП} > U_{KЭ max}

 

Выполнив данные условия принимаем транзистор КТ 817Б паспортные параметры которого равны: Р_{K max ПАСП} = 25Вт; I_{K max ПАСП} =3А; U_{KЭ max ПАСП} = 45 B;U_БЭ =5В. Дополнительные необходимые параметры транзистора h_21E = 25, ток базы отсечки Iб0=0.6 mA.

 

I _Б = I _К / h _{21 E}

 

			124mA
					0.6mA

 

Ток коллекторов транзисторов VT7 и VT8 в режиме покоя:

; (2.8)

 

Токи базы оконечных транзисторов

 

,  (2.9)

где, h _{21 E} – паспортное значение динамического коэффициента усиления выбранных транзисторов по току.

 

РАСЧЁТ ЦЕПЕЙ ТРАНЗИСТОРОВ VT5 И VT6

 

Наибольший ток коллектора (рис.2)

 

I _{К5 max} = I _{К6 max} = I _{Б7 max} =124мА. (3.1)

Наибольшая рассеиваемая на коллекторе мощность:

 

,= 20 ∙0.037=0.75Bт (3.2)

 

где: I_{Б7 СР} = I_{K5 СР} = I_{Б7 max} /π = 0.124/3.14=0.037 A (3.3)

Наибольшее напряжение:

 

=20+18.1=38.1B (3.4)

 

Выбираем (комплементарные пары транзисторов),следующих типов:

 

КТ 807А (n-p-n), КТ216А (p-n-p)

с параметрами:

 

=10Вт =0.75Вт

 = 100В =60В

= 0.5А = 10mA

h_21E = 20 h_21E=20

=4 В =30 В

 

Максимальный ток базы транзисторов VT5 и VT6

 

I_{Б5 max} = I_{К5 max} / h_21E I_{Б5 max} = 0.5 / 20 =0.025 A (3.5)

 

Ток базы покоя

 

I_{К5 Q} по паспортным данным транзистора = 1mkA.

I_{Б5 Q} = I_{К5 Q} / h_21E I_{Б5 Q} = 1 / 20=0.05mkA. (3.6)

 

Сопротивления резисторов R₁₀, R₁₁:

Считая I_{K 5 СР} ≈ I _{Э5 СР,}   получим

, 151Ом (3.7)

где: U_R12 = I_{K 7 СР *} R ₁₂ . U_R12 = 1.46_* 0.4=0.59 B (3.8)

Выбираем  по ряду Е24, = 150 Ом.

РАСЧЁТ ПАРАМЕТРОВ ЦЕПЕЙ СМЕЩЕНИЯ

 

Напряжение смещения:

 

= 19.1 В (4.1)

 

Иначе:

 

,

т.е.: R₆ /R₇ = (U_СМ/U_R6) – 1 R₆ /R₇ = (19.1/18.5) – 1 (4.2)

 

Откуда R6=97 Oм

Исходя из сказанного ниже по закону Ома U_R7 = 0.6 В.

Задаваясь током = (0,2…0,5) мА и принимая R₇ = 3 кОм, получим R₆, в качестве которого выбираем подстроечный резистор с сопротивлением, большим расчетного, принимаем подстроечный резистор СП5 – 35А.

Выбираем резистор R ₇ по ряду Е24

 

РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ДЛЯ ВЫБОРА ТРАНЗИСТОРА VT3

 

Наибольший ток коллектора транзистора VT3:

 

 (5.1)

 

Наибольшая мощность, рассеиваемая на коллекторе

 

 (5.2)

0.79 Вт

 

Напряжение

 

U_{КЭ max} = (U_S1 + U_СМ/2) U_{КЭ max} = (20 + 19.1/2)=29.55 В (5.3)

 

Выбираем транзистор типа, КТ911В, со следующими паспортными параметры:

, , ,

, 20.

 

РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ДЛЯ ВЫБОРА ТРАНЗИСТОРА VT4.

 

Наибольший ток коллектора транзистора VT4

 

I_{К6 max} =124mA; h_21E =20.

 

I_{Б6 max} = I_{К6 max} / h_21E =124/20=6.2mA.

 

 (6.1)

 

Наибольшая мощность, рассеиваемая на коллекторе:

 

 (6.2)

 

Выбираем транзистор, например, КТ3102Д с паспортными параметрами:

 

, , ,

, 200.

 

РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ЦЕПИ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ

 

 =3*0.025=0.075A

Расчет резисторов R₈, R₉

 

 (7.1)

 

Oм

 

=210 Ом

 - Выбираем резисторы по ряду Е24.

 

 (7.2)

 

Выбираем конденсаторыпо ряду Е24, типа К10-47 А с номинальным напряжением 100В.

РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ СТУПЕНИ УСИЛЕНИЯ

 

Подходящими для дифференциальной ступени (VT1, VT2) являются транзисторы с большим коэффициентом усиления (например, КТ3102Д). Параметры транзисторов:

 

, , ,

, 200.

 

При этом ток базы

 

I_Б1 = I_{K1 max}/h_21E I_Б1 = 100/200=0.5mA (8.1)