Elektornika II.

Příklad 1.9

Určete parametry zesilovače podle charakteristik tranzistoru v  zapojení zesilovače podle schéma

Kondenzátory C_v1 a C_v2 oddělují stejnosměrné složky signálu a pro stejnosměrný proud mají nekonečně velký odpor.

 Pracovní bod určují pouze rezistory v kolektoru, emitoru a bázi. Po připojení střídavého signálu přejde obvod z klidového do dynamického stavu.

Pro střídavý signál se změní zapojení na:

Odpor R_b je pro střídavý signál zapojen paralelně k odporu R_g. Odpor R_c je paralelně spojen se zátěží R_v.

 Zesilovač pracuje do zátěže   

Na str.2 je uvedena soustava charakteristik použitého tranzistoru. V prvním kvadrantu je soustava výstupních charakteristik, ve třetím kvadrantu je vstupní charakteristika.

Pro stejnosměrné (klidové) signály lze napsat rovnici:

           

Protože I_B « I_C lze psát I_E =I_C. Výše uvedená rovnice přejde na tvar

 

     . Tato rovnice vyjadřuje statickou zatěžovací přímku, kterou lze zakreslit do soustavy výstupních charakteristik. Přímka je dána dvěma body:

1) při U_CE = 0 je na ose proudu bod

2) při I_C = 0 je na ose napětí bod U_CC = U_CE = 12V.

Na zatěžovací přímce zvolíme pracovní bod P.Tomuto bodu odpovídají veličiny . V tomto bodě se nachází tranzistor, když nepřivádíme na vstup žádný střídavý signál.

 Pro střídavé signály platí schema uvedené na druhém obrázku. Emitorový odpor je zkratován emitorovým kondenzátorem a rovněž kondenzátor C_V2 představuje pro střídavý signál zkrat. Zatěžovacím odporem tranzistoru pro střídavé signály je odpor   

Dynamická zatěžovací přímka pro střídavé signály musí procházet pracovním bodem P se směrnicí . Je to tedy přímka, daná bodem a směrnicí a pro ní platí rovnice:

  . Odtud pro I_C0 vypočteme bod na ose napětí, kterým musí tato přímka rovněž procházet: .

Nyní lze přenést dynamickou zatěžovací přímku pravoúhlým promítáním do druhého kvadrantu. Na ní lze rovněž vyznačit pracovní bod tranzistoru a tento dále přenést i na charakteristiku vstupní. Ze vstupní charakteristiky odečteme, že v pracovním bodě je klidový proud      do báze I_B0 = 17,5µA a napětí U_BE0 = 0,54V.

 Pro vstupní obvod tranzistoru platí tedy rovnice:

 

Pro I_E = I_C + I_B = 6 + 0,017 = 6,017 mA dostaneme vztah pro odpor do báze . Byl tedy zvolen odpor R_B = 560kO.

Z uvedeného obrázku je vidět, že pro DU_BE = 20mV je změna vstupního proudu DI_B = 5mA. Tomu odpovídá změna výstupního proudu DI_C = 1,6 mA a změna výstupního napětí DU_CE = 1V.

Napěťové zesílení sledovaného stupně je  a proudové zesílení . Výkonové zesílení .

Z uvedeného obrázku je také vidět, že vstupní proud je s výstupním proudem ve fázi a výstupní napětí je v protifázi k napětí vstupnímu (když vstupní napětí roste do kladných hodnot, výstupní napětí klesá).

Pro ilustraci je Priklad doplněn průběhem napětí na osciloskopu a charakteristikami.