RIEŠENIE  KĽUDOVÉHO  PRACOVNÉHO BODU Po  POMOCOU  CHARAKTERISTÍK

  V predchádzajúcej kapitole sme si hovorili o pracovných triedach tranzistorových zosilňovačov.
Pre návrh danej pracovnej triedy je dôležité umiestnenie kľudového pracovného bodu Po na prevodovej charakteristike tranzistora a na výstupnej statickej zaťažovacej priamke. Nastavenie polohy pracovného bodu Po môžeme urobiť rôznymi spôsobmi, my si ukážeme spôsob pomocou charakteristík tranzistora.
  Majme tranzistorový zosilňovač s danými obvodovými prvkami RK, RE, RV, Rg a napájacím napätím Ucc. K dispozícii máme charakteristiky tranzistora, do ktorých budeme zakresľovať jednotlivé výsledky návrhu.


Schéma zosilňovača

  Celý návrh robíme postupne v niekoľkých krokoch. Výsledkom návrhu je určenie všetkých súradníc pracovného bodu PoÎ( UKE, IK, IB, UBE ). Musíme si uvedomiť, že zmena hodnoty jednej súradnice spôsobí zmenu hodnôt všetkých zvyšných súradníc.

Postup:

1. Keďže nepoznáme hodnotu žiadnej zo súradníc pracovného bodu Po, musíme si zvoliť jednu súradnicu a k nej určíme hodnoty zvyšných súradníc. Z praktického hľadiska je najvýhodnejšie voliť hodnotu napätia UKE alebo kolektorového prúdu IK vo výstupných charakteristikách tranzistora. My si zvolíme veľkosť kolektorového prúdu IK = 6mA.

2. Určíme statickú zaťažovaciu priamku, ktorá je geometrickým miestom všetkých možných kľudových pracovných bodov zosilňovača s danými rezistormi RK, RE a napätím Ucc. Túto priamku určíme z rovnice popisujúcej výstupný obvod z hľadiska jednosmerných výstupných obvodových veličín.

Ucc = RK.IK + UKE + RE.IE ;       platí približne, že   IK = IE
Ucc = UKE + IK.( RK + RE ) (1)
  Z rovnice (1) určíme priesečníky statickej zaťažovacej priamky s osou X a osou Y.
Teda ak:
UKE = 0V Ţ IK = Ucc/ ( RK + RE ) = 12mA
IK = 0 mA Ţ UKE = Ucc = 12V
Charakteristiky tranzistora
Pre lepšie rozlíšenie klikni na obrázok
( Pre samostatný návrh je "kríž" charakteristík tranzistora umiestnený tu )

    Smernica zaťažovacej priamky je :     -1 / ( RK + RE )    Znamienko mínus znamená smer orientácie priamky a nie polaritu prúdu ( pri kladnom napájaní nemôžeme dostať záporný prúd voči nulovému potenciálu elektrickej zeme.)

3. Umiestnime pracovný bod Po na statickú zaťažovaciu priamku so súradnicou prúdu IK = 6mA. Z grafu určíme zodpovedajúcu súradnicu napätia UKE. Pracovný bod Po bude mať v I. kvadrante súradnice:   UKE = 6V  a   IK = 6mA.

4. Na určenie súradníc UBE  a  IB  je potrebné zostrojiť statickú prevodovú charakteristiku v II. kvadrante. Tú zostrojíme tak, že priesečníky statickej zaťažovacej priamky a výstupných charakteristík tranzistora prenesieme do II. kvadrantu.

5. Prenesieme pracovný bod Po z I. kvadrantu na statickú prevodovú charakteristiku do II. kvadrantu a odtiaľ prenesieme Po na vstupnú charakteristiku tranzistora do III. kvadrantu. Poloha pracovného bodu Po na vstupnej charakteristike nám určuje súradnice  IB  a  UBE. Tým môžeme určiť všetky súradnice Po, teda:     PoÎ( 6V, 6mA, 17,5mA, 540mV )

6. Ako posledný krok určíme odpor RB z rovnice popisujúcej vstupný obvod z hľadiska jednosmerných obvodových veličín.
Ucc = RB.IB + UBE + RE.IK
teda:
RB = ( Ucc - UBE - RE.IK ) / IB

7. Pre sledovanie dynamických vlastnosti zosilňovača prekreslíme náš zosilňovač na náhradný obvod pre striedavý signál. Budeme predpokladať, že kmitočet vstupného signálu bude dostatočne veľký a kondenzátory CV1, CV2 a CE budú predstavovať skrat.

Dynamická náhrada zosilňovača

8. Určíme výslednú zaťažovaciu impedanciu pre striedavý signál:   RZ = RK.RV / ( RK + RV ) = 644 W

9. Zakreslíme si dynamickú zaťažovaciu priamku. Z II. Kirchhoffovho zákona dostaneme pre výstupný obvod rovnicu:
uKE + iK.RZ = 0 Ţ uKE = - iK.RZ
po úprave:
iK = uKE.( -1 / RZ )

Dynamická zaťažovacia priamka má smernicu     -1 / RZ.
Priesečníky s osami x, y určíme tak, že zvolíme napätie UKE a prúd IK vypočítame z daného vzťahu. Ak zvolíme napríklad UKE = 6,44V, prúd nám vyjde:     IK = 10mA

10. K tejto priamke zostrojíme rovnobežku prechádzajúcu bodom Po. Je geometrickým miestom bodov, v ktorých sa môže nachádzať Po v dynamickom režime.

11. Do II. kvadrantu si zakreslíme dynamickú prevodovú charakteristiku podobným spôsobom ako statickú prevodovú charakteristiku.

12. Pre sledovanie dynamického režimu si zvolíme vstupný striedavý signál o rozkmite DUBE. Pomocou vstupnej charakteristiky a dynamickej prevodovej charakteristiky si ho prevedieme do I. kvadrantu a určíme zodpovedajúce rozkmity bázového prúdu DIB, kolektorového prúdu DIK a napätia DUKE.

  Na záver môžeme určiť výstupný výkon, ktorý dodáva zosilňovač do záťaže RZ. Vieme, že:
UKEmax - UKEmin = DUKE
IKmax - IKmin = DIK
Potom:
Špičková hodnota výkonu

Efektívna hodnota je daná vzťahom:
Efektívna hodnota výkonu


!!!   Použitie obsahu stránok alebo ich častí na "kvaziautorské" a komerčné účely je v rozpore s autorskými právami a je možné len so súhlasom autora   !!!

Spracoval :  Ing. Alexander Žatkovič
Prípadné pripomienky alebo otázky zasielajte na adresu