Elektornika II.

Příklad 1.10

Navrhněte jednostupňový zesilovač s velkým vstupním odporem s KC 508 je-li dáno:

Re = 470 W, Rc = 33 kW, r* = 33 kW, Ucc = 15 V, R_b1 = 1 MW, R_b2 = 56 kW, C₁ = 68 nF,

Rg = 5 kW, Cv = 1 mF, Cvst = 100 pF, R_B = 100 kW, C_bc = 3 pF, C_CE =4 pF

Nejprve určíme pracovní bod tranzistoru. Rezistory Rb1, Rb2 a Rb3 vytváří napěťový dělič v obvodu báze, který můžeme nahradit napěťovým zdrojem naprázdno a vnitřním odporem.

Ze schema můstkového zapojení vypočítáme podle Theveniovy věty napětí děličeU_B0  a vnitřní odpor děliče Rb*.

Pro napěťový dělič platí podle Theveniovy věty:

 Napětí        U_B0 = U_CC.  =12 V. =  0,8 V                     [ 1 ]

Vnitřní odpor   Rb* = Rb3 +  = 100000W +  = 153 kW   [ 2 ]

Zatěžovací přímka ve výstupním obvodu je dána dvěma body, které zjistíme z  [ 4 ], pro Ic = 0 a Uce = 0

pro Uce = 0      Ucc = Ic.( Rc + Re )  z toho Ic =  =  = 0,45 mA       [ 7 ]

pro    Ic = 0      U_CE = Ucc = 15 V

Pro zjištění sklonu odporové přímky  ve vstupním obvodu zvolíme napětí Ub = 0,1 V.

Pro výstupní zatěžovací přímku zjistíme dynamickou převodní charakteristiku

Pro vstupní odporovou přímku platí U_BE = U_B0  - R_E I_E = U_B0  - R_E I_c

Pro Ic = 0   platí U_BE = U_B0 ,  což je bod ležící na svislé ose. Z něho vedeme rovnoběžku se směrnicí vstupní odporové přímky. V místě průsečíku se vstupní charakteristikou vznikne první bod odporové přímky pro Ic = 0, ležící na vodorovné ose. Druhý bod této přímky dostaneme, když zvolíme libovolně Ic a vypočteme napětí U_BE = U_B0  - R_E I_E.

Zvolíme Ic = 0,4 mA. Pak U_BE = U_B0  - R_E I_E = 0,8V - 470W. 4.10^-4 A = 0,61 V

Spojením těchto bodů dostaneme obraz vstupní odporové přímky  ve druhém kvadrantu. Průsečíkem této přímky s převodní charakteristikou je hledaný pracovní bod tranzistoru zesilovače.

Jeho souřadnice jsou: Ic = 190 mA,  U_CE = 8,9 V, U_BE  = 0,59 V, I_B = 0,65 mA

V katalogu jsou však uvedeny parametry pro napětí U_CE = 5 V a proud Ic = 2 mA. Abychom dostali platné parametry pro náš pracovní bod, musíme tyto přepočítat podle uvedených závislostí parametrů h , které uvádí výrobce.

Parametry h  pracovního bodu pro napětí U_CE = 5 V a proud Ic = 2 mA:

       h₁₁* = 4,5 kW     h₁₂* = 1,5. 10^-4     h₂₁* = 300     h₂₂* =  30. 10^-6 S    D h_e* = 0,07

Tyto závislosti platí pro tranzistory KC 507 až 509, KC 147.

Na dolní stupnici nalezneme proud Ic = 190 mA a na stupnici vlevo odečteme opravné koeficienty pro parametry h₁₁*, h₁₂ *, h₂₁*, h₂₂* . Totéž provedeme v nomogramu vpravo pro napětí U_CE = 8,9 V. Pro každý parametr h máme dva opravné koeficienty, kterými ho vynásobíme. Výsledkem budou parametry h platné pro náš pracovní bod.

h₁₁ = 4,5 kW.10.1,15 = 51,5 kW

h₁₂ = 1,5. 10^-4 .6,5.0,8 =  8. 10^-4

h₂₁ = 300.0,6. 1,15 = 207

h₂₂ = 30.10^-6 S. 0,25.0,75 = 5,6 mS

Dh_e = h₁₁. h₂₂ - h₁₂. h₂₁ =  51,5.10³ . 5,6.10^-6  - 8.10⁴ . 0,2.10³ = 0,118

Na základě těchto vypočtených parametrů můžeme stanovit dynamické parametry zesilovače.

Napěťové zesílení:  A_u =  = -   = - 63,3

                              A_u = 32 dB

Zatěžovací odpor:   Rz =   =   = 16,5 kW

Napěťový přenos přibližně: A_u = - Rz = - .10^-3.16,5.10³ = - 66

Proudové zesílení:     Ai =   =  = 180  ( 45 dB )

Přibližně je                Ai » h₂₁ = 207

Výkonové zesílení:    Ap = Au.Ai = 63,2. 180  = 11400  ( 40 dB )

Vstupní odpor r1* =  =  = 49 kW

Přibližně  r₁ » h₁₁ = 51,5 kW

Výstupní odpor:  r₂ =  =     = 437 kW                                       

Pro úplnost výpočtu parametrů zesilovače chybí výpočet vstupní a výstupní kapacity a vliv zpětných vazeb. Rovněž chybí i kontrola na dolních kmitočtech a výpočet C.