Калькулятор транзисторного каскада

Каскад с общим эмиттером - базовая схема усилителя на биполярном транзисторе. Расчёт нужен, чтобы задать рабочую точку: ток покоя и напряжение на коллекторе, при которых сигнал усиливается без ограничения и режим стабилен при изменении температуры.

Подготовьте напряжение питания в вольтах, желаемый ток коллектора покоя в миллиамперах и коэффициент усиления транзистора по току h21э. Для h21э берите минимальное значение из даташита: так делитель будет достаточно "жёстким" и для экземпляров с меньшим усилением.

Частая ошибка - ввести ток коллектора в амперах вместо миллиампер: сопротивления получатся в тысячу раз больше. Расчёт выполнен для кремниевого транзистора с напряжением база-эмиттер 0,65 В.

Полученные сопротивления округлите до ближайших номиналов ряда E24. Усиление без конденсатора определяется отношением коллекторного и эмиттерного резисторов; если зашунтировать эмиттерный резистор конденсатором, усиление по переменному току резко возрастёт, но станет зависеть от тока и температуры.

После сборки проверьте напряжения на эмиттере и коллекторе мультиметром. Работы в цепях под напряжением выполняет только специалист с допуском, а расчёт нужен для подбора элементов и не заменяет проект.

Рабочая точка выбирается по классическим правилам: на эмиттере - 10% напряжения питания, напряжение коллектор-эмиттер - посередине оставшегося, ток делителя в 10 раз больше тока базы:

Напряжение эмиттера = 0,1 * Напряжение питания
Напряжение коллектор-эмиттер = (Напряжение питания - Напряжение эмиттера) / 2
Резистор коллектора = (Напряжение питания - Напряжение коллектор-эмиттер - Напряжение эмиттера) / Ток коллектора
Резистор эмиттера = Напряжение эмиттера / Ток коллектора
Напряжение базы = Напряжение эмиттера + 0,65
Ток базы = Ток коллектора / бета
R2 = Напряжение базы / (10 * Ток базы)
R1 = (Напряжение питания - Напряжение базы) / (11 * Ток базы)
Усиление = Резистор коллектора / Резистор эмиттера
Усиление с конденсатором = Резистор коллектора / (0,025 / Ток коллектора)

Здесь напряжение питания - в вольтах; ток коллектора - ток покоя (вводится в мА, в формулах - в амперах); бета - коэффициент усиления транзистора h21э; напряжения эмиттера, коллектор-эмиттер и базы - в вольтах; ток базы - в амперах; резисторы коллектора и эмиттера - в омах; R1 - резистор делителя к питанию, R2 - к земле, Ом. Через R2 течёт ток делителя 10 * Ток базы, через R1 - он же плюс ток базы, то есть 11 * Ток базы. Усиление - без шунтирующего конденсатора; усиление с конденсатором - оценка усиления с конденсатором на эмиттерном резисторе, где 0,025 / Ток коллектора - собственное сопротивление эмиттера, равное 25 мВ / Ток коллектора.

Методика - Хоровиц П., Хилл У. "Искусство схемотехники", гл. 2 "Транзисторы". Каскад инвертирует сигнал (усиление примерно -Резистор коллектора / Резистор эмиттера); калькулятор показывает модуль усиления.

Округление: сопротивления и усиление с конденсатором - до целых, усиление без конденсатора - до десятых.

Ограничения: это типовые правила выбора рабочей точки; нагрузка и входное сопротивление следующего каскада не учитываются. Напряжение база-эмиттер 0,65 В - для кремниевого транзистора.

Пример: 12 В, 2 мА, h21э = 100.

Напряжение эмиттера = 1,2 В; коллектор-эмиттер = 5,4 В
Резистор коллектора = 5,4 / 0,002 = 2700 Ом; резистор эмиттера = 600 Ом
Напряжение базы = 1,85 В; ток базы = 20 мкА; R2 = 1,85 / 0,0002 = 9250 Ом
R1 = 10,15 / 0,00022 примерно 46 136 Ом; усиление = 4,5
Усиление с конденсатором примерно 2700 / 12,5 = 216