<

Pro zvolený pracovní bod P je nutné určit dynamický parametr h11, tj směrnici tečny. Směrnice je derivace funkce ve zvoleném pracovním bodě. Pro závislost proudu na napětí platí exponenciální Shockleyova diodová rovnice, ve které lze pro větší napětí (Ud > 0,1 V) zanedbat jedničku a zlogaritmováním vyjádřit inverzní funkci pro napětí v závislosti na proudu diodou [teorie podrobně např. v knize Elektronika, obvody, součástky, děje BEN1998].

Zderivováním logaritmické funkce pro napětí na diodě získáme velmi jednoduchý vztah pro dynamický odpor diody:
h11 = 0,026 / ib, kde konstanta je teplotní napětí (pro pokojovou teplotu 26 milivoltů). Není samozřejmě respektován emisní koeficient diody apod., ale pro orientační návrh tento vztah vyhoví. Lze se o tom přesvědčit i jednoduchou simulací, kdy na stejnosměrný pracovní proud superponujeme malou střídavou složku (dynamický odpor je definován pro malé změny v blízkosti pracovního bodu). Při vhodně zvoleném proudu lze voltmetr použít jako ohmetr (R = U / I). V obvodu jsou zapojeny dva. Stejnosměrný voltmetr definuje pracovní bod a střídavý měří dynamický odpor diody. 
 

Icp = h21 * Ibp,              [ 1 ]

je pro stejný úbytek napětí mezi vstupními svorkami zapotřebí h21 krát menší odpor. Takže při převedení vstupního odporu do výstupu jej musíme podělit proudovým zesílením a naopak při případném opačném převodu se odpor zesílením násobí. Předpokládá se dále, že rozdíl mezi kolektorovým a emitorovým proudem lze zanedbat (ie = ib + ic). Na základě těchto úvah lze dynamický odpor přemístěný do výstupního obvodu určit vztahem:

re = 26 / Icp.                   [ 2 ]

Pracovní kolektorový proud Icp se dosazuje do vztahu v miliampérech. U jednotranzistorového zesilovače malého střídavého napětí v zapojení společný emitor bývá zvykem nastavit pracovní bod doprostřed charakteristik (třída A). V klidu tedy bude na tranzistoru a tedy i na zatěžovacím kolektorovém odporu polovina napájecího napětí. Pro zadaný odpor spotřebiče signálu (pro jednoduchost budeme zpočátku předpokládat, že je totožný s kolektorovým odporem) lze z Ohmova zákona určit klidový proud:

Icp = (Un / 2) / Rc.         [ 3 ]

Například pro napájecí napětí 12V a radistická sluchátka po dědečkovi Rc = 4 kohm by byl klidový proud Icp = 1,5 mA a převedený vstupní odpor re = 17,3 ohm. K dalšímu návrhu je zapotřebí znát proudové zesílení. Buď se vezme průměrná hodnota z katalogu, anebo se zesílení změří lepším multimetrem. Pro jednoduchost budeme předpokládat typickou hodnotu proudového zesílení h21 = 100. Ze vztahu [ 1 ] se určí potřebné nastavení vstupního klidového proudu (Ibp = 15 mikroA).
 

Protože tranzistor je zesilovač proudu, bylo by nejjednodušší paralelně spojit stejnosměrný proudový zdroj nastavující pracovní bod a proudový signálový zdroj. Protože signálový zdroj nemívá charakter zdroje proudu, odděluje se vstup kondenzátorem, aby přes něj neprotékala část proudu z napájecího zdroje. Samostatný zdroj pro nastavení klidového pracovního proudu je nepraktický a použije se část energie z centrálního napájecího zdroje Un. Na odporu Rb je část vstupního napětí (dělič R1/Rb) a toto napětí je totožné s napětím na dynamickém odporu re. Na sluchátku Rc je výstupní napětí a oběma odpory protéká shodný proud h21* ib, takže střídavé zesílení je v tomto případě dáno poměrem těchto odporů:

Au = u2 / u1 = Rc / re          (pro R1= 0 nebo R1 << Rb), jinak 
Au = (Rc / re) * Rb / (R1 + Rb).                [ 4 ] 

Stejnosměrný návrh pracovního bodu zesilovače se dokončí návrhem odporu nejsnáze asi z prostředního obrázku. Podle II. Kirchhoffova zákona platí: Un = Rb * Ibp + Ube. Prahové napětí odhadneme na Ube = 0,6 V, a tak bude:

Rb = (Un - 0,6) / Ibp.                     [ 5 ]

Po dosazení z našeho zadání získáme hodnotu Rb = 760 kohm. Pokud by jste trvali na tradičním děliči do báze, musíte pro návrh použít Théveninovu větu. Každopádně dělič sníží napětí zdroje a tedy i náhradní bázový odpor bude menší. To je ale nevýhodné z důvodu zmenšení vstupního odporu zesilovače. Rovněž zatěžovací přímka náhradního zdroje by charakteristiku diody báze-emitor protínala pod menším úhlem, což má za následek menší teplotní stabilitu proudu báze. Nemohu se ubránit dojmu,  že řešení s děličem přetrvává z dob germaniových tranzistorů :-(, kdy rozhodující vliv na teplotní nestabilitu neměl posuv prahového napětí. Navíc se při použití děliče v bázi zmenší i přesnost našeho návrhu (rozdíl dvou napětí v čitateli [ 5 ]).

Poslední částí návrhu je určení odporu R1. Protože nastavený pracovní bod je uprostřed a kraje charakteristik nejsou zcela
lineární (tranzistor začíná omezovat), lze předpokládat, že je k dispozici zhruba změna napětí o 5 V na obě strany (teoreticky Un/2). Těchto pět voltů je rovno amplitudě výstupního napětí. Efektivní hodnotu výstupu získáme podělením odmocninou ze dvou, tj. U2 = 3,5 V. Podíl Rc/re = 231 a Rb jsme spočítali v minulém odstavci. Zbývají dvě neznámé R1 a U1. Můžeme. jednu hodnotu zvolit a druhou dopočítat. Pro jednoduchost budeme předpokládat tvrdý zdroj na vstupu (R1 = 0), takže vstupní napětí pro plné vybuzení je U1 = 3,5 / 231 (15 mV).

Pro kontrolu bylo dodatečně do obrázku vloženo i zapojení s odpojeným vstupním zdrojem (omezení demoverze na 10 prvků). Porovnáním obou schémat zjistíme, že horní voltmetr je přepnut do střídavého režimu a měří výstupní střídavé napětí a spodní kontroluje nastavení pracovního bodu. Všimněte si, že i přes velmi jednoduchý početní návrh [(12/2)/4000....26/1,5....1,5*10exp-3/100...(12-0,6)/1,5*10exp-5...4000/17,3....5*0,71...3,5/231] je shoda simulace s řešením vynikající. Pokud si navíc dáte práci a postupně dosadíte, získáte po úpravě:

Rb = 2*h21*Rc             Au = 19*Un    to je co? 

(Při určení Rb se dále zjednodušilo zanedbáním úbytku Ube = 0,6 V vůči napájecímu napětí a dále po ověření simulací zjistíme,že vychází spíše Au = 18*Un - viz příští pokračování).

Někdy bývá nutné jemně upravit nastavení pracovního bodu. Příště řešení rozšíříme o další parametry zesilovače, zpětné vazby apod.. Zkuste popřemýšlet, jaká je hlavní nevýhoda přímého zapojení sluchátka do kolektoru tranzistoru. A pokud si zapojení vyzkoušíte, odpojte někeré měřidla a zapojte osciloskop (měl by Vám to prozradit).

Máte-li nějaké náměty či, připomínky apod., napište mi...