Электрический расчёт схемы

 

1. Входное сопротивление усилителя.

Так как входная емкость сравнительно мала (порядка долей пФ).

Входное сопротивление можно считать чисто активным.

R_вх=U_вх/I_вх

Параллельно входному сопротивлению подключается цепь смещения R1|| R2=R_Б тогда R_ВХ.ОБЩ. = R_ВХ || R_Б @ R_Б.

 

2. Выходное сопротивление усилителя и сопротивление коллектора.

Выходное сопротивление также можно считать чисто активным.

R_вых=U_вых/I_вых

R_ВХ.ОБЩ. = R_ВЫХ || R_К = (R_ВЫХ × R_K)/(R_ВЫХ + R_К), т.к. R_ВЫХ »Rк.

Следовательно, нагрузочные характеристики по постоянному и переменному току не совпадают.

 

3. Графоаналитический расчёт.

1. Берем семейство входных и выходных характеристик транзистора, включенного с ОЭ. Ограничиваем рабочую область на выходных характеристиках (штриховые линии P_МАКС,U_{КЭ МИН},U_{КЭ МАКС}).

2. На семействе выходных харакеристик в рабочей области строим нагрузочную характеристику, которая описывается выражением

.

Она пересекает координатную систему в точке U_КЭ=E_К при I_K=0 и в точке E_K/R_K при U_K=0. Точками 1-7 обозначаем пересечение нагрузочной характеристики с выходными характеристиками.

3. Переносим нагрузочную характеристику в семейство входных характеристик (точки 1^’-7^’).

4. На входной характеристике выбираем линейный участок (точки 2^’-4^’). Рабочую точку (А^’) выбираем посередине линейного участка и переносим ее в семейство выходных характеристик (А).

 

Так как сопротивление нагрузки соизмеримо с сопротивлением коллектора, нагрузочные характеристики по постоянному и переменному току не совпадают, следовательно, графоаналитический расчёт необходимо делать на основании нагрузочной характеристики по переменному току.

R_~ = R_к ||R_н

I_к~= Е_к / R_~

Через точку (0, I_к~) и точку А проведём нагрузочную характеристику по переменному току.

5. На диаграммах находим постоянные составляющие токов (I_Б=, I_К=) и напряжений (U_БЭ=, U_КЭ=).

6. На диаграммах определяем амплитулы напряжений (U_БЭm, U_КЭm) и токов (I_Бm, I_Кm).

7. Определяем коэффициенты усиления

; ; .

P_вых (I_Кm × U_КЭm)/2; P_вх (I_Бm × U_БЭm)/2

 

8. Найдем КПД усилителя:

 

h=(I_Кm × U_КЭm/2)/(I_К= × U_КЭ=)×100%

 

Выберем коэффициент передачи тока при короткозамкнутом выходе в схеме с общим эмиттером

h_21э=(80…150)

h_21э=b =DI_к/DI_б= (21,6*0,001)/(0,125*0,001) = 146,3

 

I_Б= = 0,175×10^-3A U_БЭ= = 0,38 B K_I =146,3 Вт R_К = 161 Ом

I_К= = 25,6×10^-3A U_КЭ= = 4,7 B K_U=21,42 Вт h_21э=146,3

I_Бm = 0,125×10^-3 A U_БЭm = 0,14 B K_Р=3702,9 Вт

I_Кm = 21,6×10^-3 A U_КЭm = 3 B h=26,93%

 

Рассчитаем номиналы элементов по следующим формулам:

 

 

 

S_доп=2.

 

R_э = 105 Ом

Выберем по ГОСТу: R₁ = 100 Ом.

 

R_б = 106 Ом

 

R₂ = 162 Ом

Выберем по ГОСТу: R₂ = 160 Ом

R₁ = 308,3 Ом

Выберем по ГОСТу: R₁ = 300 Ом.

 

I_д = 19 мА

 

4. Расчёт мощности на резисторах.

 

Выберем резисторы с учётом потребляемой ими мощности:

 

В общем случае имеем Р_доп =I² ×R

P_R1 = (I_Д+I_Б)²×R₁ = 0,1132 Вт, учитывая 25% запас по мощности выбираем по ГОСТу резистор МЛТ-0,25-300Ом ± 10%.

P_R2 = I_Д²×R₂ = 0,058 Вт, учитывая 25% запас по мощности выбираем по ГОСТу резистор МЛТ-0,25-160Ом ± 10%.

P_Rэ = (I_Э +I_Б)²×R_Э = 0,069 Вт, учитывая 25% запас по мощности выбираем по ГОСТу резистор МЛТ-0,25-100Ом ± 10%.

P_Rк = I_К²×R_К = 0,106 Вт, учитывая 25% запас по мощности выбираем по ГОСТу резистор МЛТ-0,25-160Ом ± 10%.

 

5. Коэффициент температурной нестабильности.

Коэффициент температурной нестабильности выражается

следующей формулой:

 

S=3,86

 

6. Расчёт емкостей конденсаторов.

Исходя из худшего случая возникновения отрицательной обратной связи по переменному току (по условию f_н.гр.= 30 Гц,следовательно, w_н.гр.=2×p× f_н.гр. =188,5 с^-1), найдём:

 

X₁ << R_K +R_Б т. е. С₁ ³ 10/(w_н.гр. × (R_K + R_Б)) » 201,6 мкФ

X₂ << R_Н т. е. С₂ ³ 10/(w_н.гр.× R_Н)» 53 мкФ

X_Э << R_Э т. е. С_Э ³ 10/(w_н.гр.× R_Э)» 506,2 мкФ

 

Выберем конденсатор С₁ по ГОСТу:

С₁ » 200 мкФ; К53 – 16А – 10В 200мкФ±20%

 

Выберем конденсатор С₂ по ГОСТу:

С₂ » 51 мкФ; К53 – 16А – 10В 51мкФ±20%

 

Выберем конденсатор С_э по ГОСТу:

С_Э » 510 мкФ; К50 – 16 – 10В 510мкФ(-20 ¸ +80)%

 

 

7. Расчёт АЧХ и ФЧХ.

 

Аналитически АЧХ описывается выражением:

 

Для удобства сравнения АЧХ при различных номиналах элементов усилителя её представляют в нормированном виде:

 

где t_b = 0,2b / f_a - постоянная транзистора,

b - коэффициент передачи по току базы в схеме с ОЭ,

f_a - предельная частота усиления в схеме с ОБ,

t_b = С₂ (R_К +R_Н).

Подставим значения:

Диаграмма АЧХ приведена в Приложении (рис.1).

 

ФЧХ аналитически описывается выражением:

Подставив значения, получим:

Диаграмма ФЧХ приведена в Приложении (рис.2).

 

 

Приложение

Рис.1.АЧХ

 

 

Приложение

Рис.2.ФЧХ

 

 

Заключение

 

Простота использования усилительных схем привела к тому, что широкое распространение нашли составные транзисторы и составные «каскады» усиления, в которых усиливающей ячейкой является не один каскад, а несколько.оьъединенных в одну схему.

Усилители, имеющие очень большое входное сопротивление, малое выходное сопротивление, очень широкую полосу пропускания частот, линейную амплитудную характеристику и большое усиление, могут иметь обширную область применения.

Такие усилители находят широкое применение и фактически используются как усилительная ячейка.Обычно схемы, состоящие из нескольких каскадов усиления, содержат также дополнительно различные температурные и другие коррекции.

В данной работе выполнен графоаналитический и электрический расчет RC – усилителя, рассчитаны АЧХ и ФЧХ. В приложении представлены их графические представления, принципиальная схема и спецификация к ней.

 

 

Список используемой литературы.

 

1. В.А. Скаржепа, В.И. Сенько. Электроника и микросхемотехника (сборник задач); Под ред. А.А. Краснопрошиной – К.: Высшая школа, 1989

 

2. В.Т. Волков. Исследование RC-усилителя на биполярных таранзисторах. Лабораторная работа по дисциплине «Аналоговая и цифровая электроника» - Рыбинск, РГАТА, 1996.

 

3. Резисторы: Справочник / В.В. Дубровский, Д.М. Иванов, Н.Я. Патрусевич и др.; Под общ. ред. И.И. Четверткова и В.М. Терехова. – М.: Радио и связь, 1987

 

4. Справочник по электрическим конденсаторам / М.Н. Дьяконов, В.И. Карабанов, В.И. Присняков и др. Под общ. ред. И.И. Четверткова и В.Ф. Смирнова. – М.: Радио и связь, 1983

 

5. Справочник по полупроводниковым диодам, транзисторам и интегральным схемам / Н.Н. Горюнов, А.Ю. Клейман, Н.Н. Комков ми др.; Под общ. ред. Н.Н. горюнова. – 4-е изд., перерад. и доп. – М.: Энергия, 1978

 

6. Конспект лекций по курсу электроники.