Всегда меня мучал вопрос, как же точно и детально рассчитать усилитель на транзисторе, и всегда я находил не понятные мне детали. Вы можете сказать, что был СССР, строил приборы и т. д. Да, но как это делали инженера мы не знаем, а любители возможно в большинстве допускали некоторое колебание параметров и неточностей.

Как гласят наши (пост СССР) инструкции в учебниках, для расчета усилителя необходимо использовать выходную ВАХ транзистора, она выглядит вот так:

Рис 1. входная и выходная ВАХ биполярного транзистора.

Допустим я хочу рассчитать транзистор на UКЭ = 6,7 Вольт, как мне это сделать по такому маленькому, не точному графику? Более точных и больших графиков я не находил и вы не найдете. Из этого следует вывод: чтобы рассчитать усилитель, нужно сначала снять выходные характеристики транзистора!! (вполне возможно инженера при разработке схем так и делали). Я даже попытался построить схему для съема таких характеристик, но забил. Вот фото:

Фото 1-2. Попытка создать схему тестирования транзистора в режиме общий эмитер для получения ВАХ

А теперь перейдем к американцам, к пиндосам, которых много кто ненавидит. А ненавидят за то – что они лучше нас, и эта статья тому тоже улика. Есть такой автор – Хоровиц, и есть его многотомная книжка – исскуство электроники – Art Of Electronix Хоровіц Рус Том. На странице 119 приводится именно эта схема – как законченная, избавленная от недостатков и практичная (готова к использованию в реальной схеме). Почему Хоровиц считает именно эту схему достойной – нужно прочитать 5 страниц текста и понять. Я же только напишу, что делает каждая деталь в схеме.

Схема включения транзистора по американцу Хоровиц

Для чего нужна каждая деталь:

1. R₁ & R₂ создают рабочее смещение напряжение базы транзистора, чтобы сигнал на выходе шёл по середине всего напряжения. Стабилизация по напряжению.
2. C₁ – чтобы не пропустить постоянный ток в транзистор
3. R_C – чтобы выставить необходимый ток колектора а так же чтобы колекторное напряжение покоя составляло половину напряжения питания
4. R_E – связан с R_C, так же играет роль обратной связи (частичная передача выходного сигнала на вход)
5. R₃ – дает температурную стабильность, позволяет изменять коефициент усиления
6. C₂ – дает температурную стабильность, обратную связь по переменному току, значительно увеличивает коэфициент усиления

Константы:

1. V_E = 1V – напряжение на эмитере принимается равным 1 вольту для хорошей температурной стабилизации.
2. V_BE = 0.6V – напряжения перехода база-эмитер приблизительно равно 0,6 вольт.

Что нам дается:

1. G – gain – усиление. Во сколько раз нужно усилить сигнал. Желательно выбирать поменьше, так будет меньшие искажения сигнала. Выбирать нужно с учетом транзистора.
2. V – напряжение питания схемы
3. f_MIN – минимальная частота сигнала

Что мы выбираем:

1. I_Q – ток, который течет через коллектор и эмитер
2. ß – оно же h_FE, характеристика транзистора.

Помните, что мы работает в режиме малых сигналов в этой схеме. Очень часто в инструкциях к транзисторам уже указано рекомендуемое I_Q и ß. Впринципе I_Q = I_C – ток коллектора. Картинка это показывает:

Расчет усилителя.

В расчете мы не будем пояснять почему то или иное равняется тому или другому. Для этого в конце будет выложена книга, в которой все описано. Но вы можете задать вопросы в комментариях и я расскажу.

Формулы:

Вот эти формулы и решают, какие детали будут в схеме. Редактор формул – latex

Практический пример.

Рассчитаем такой усилитель, с такими параметрами.

• Питание 18 вольт
• Частоты 100 Гц – 1 Мгц
• Коефициент усиления 50
• Транзистор 2N3904

Посмотреть расчет можно по ссылке (картинка в новом окне)

Обновление 16 Июнь 2014 г. – разработан файл Эксель для расчета быстрого и автоматического. Скачать: /files/Eberr_Moll.zip

(в архив сунуть не хотел, но загружчик не видит расширения XLS)

Проверочная схема. Стрелочками указано, какие параметры мы выбирали. и насколько они совпали в действующей схеме.

Осциллограмма. Цветом показано амплитуды сигналов и шкала осциллографа. Из чего можно увидеть, что усиление приблизительно равно 50. Так как выходной сигнал инвертируется, была нажата кнопка (-).

Амплитудно–частотная характеристика (АЧХ):

АЧХ 1Гц – 200Мг (шкала частоты логарифмическая)

---

АЧХ 1Гц – 200Гц (шкала частоты линейная)

А вот и книга, которую можно скачать и почитать. Странице по книге 106-123, по DJVU-reader (SumatraPDF): 54-62 (их по две на листе) Art Of Electronix Horovic RUS tom 1 .djvu

Цей розрахунок приведено звісно ж для біполярного транзитора, а не польового.

Суть ключа транзисторного в тому, що колектор віддає весь струм в навантаження, а для бази транзистора необхідно розрахувати резистор. Часто ключі використовуються щоб слабий сигнал активував потужне навантаження. Наприклад мені від потрібен для вмикання світлодіодної стрічки на 12 Вольт від Китайського датчика руху. Звісно той датчи не увімкне стрічку, яка спожимає 0,3 Ампер і 12 Вольт, тобто 3.6 Вт. А от середній транзитор справиться з таким завданням. Середній це такий транзистор, в якому є отвір для прикручування, але ще немає мателічного хвоста. Тобто отвір в моноліті.

Розрахунок буде пояснено методом розв’зання конкретного завдання.

Дано:

U=24V

I(Load) = 1A

B = 30 (hfe)

Розрахунок

Ik = B*Ib,

Ib = Ik/B

Ib = 1/30 = 0.033 A

На Rb падає напруга така: 24V-0.7V = 23.3V

Rb = U/I = 23.3/0.033 = 700 (Omh)

Отже ми розрахували резистор для бази транзистора, як і було потрібно.

---

B772P:

Розрахунок по кривим графіка.

12V, 0.3A. Ib = 2mA. Rb= U/I = (12-0.7)/0.002 = 5650 (Om). 5.6k

Розрахунок по мінімальному B (hfe)

Ib = 0.3/30 = 0.01 A

Rb = 11.3/0.01 = 1130 (om) 1.1k

Отже можна брати резистор між 1к до 5к. Справа в тому що HFE дуже не точна величина, мінімум 30, максимум 220. Звісно правильніше взяти менший опір резистора.