Расчет режима транзистора по постоянному току




Уральский федеральный университет

Имени первого Президента России Б.Н. Ельцина

Политехнический институт (филиал) УрФУ в г. Каменске-Уральском

 

Контрольная работа № 4

Расчет предварительного усилителя

На транзисторе

 

Вариант № _____

 

Студент ________________

 

Группа ________________

 

Преподаватель Черноскутов А.М.

 

 

Введение.

 

Усилитель предварительного усиления предназначен для усиления малого напряжения переменного тока в различных диапазонах частот. Входное напряжение усилителя может иметь величину от единиц микровольт до десятков милливольт, выходное - не превышает одного - двух вольт. Коэффициент усиления таких усилителей обычно не более ста.

Мощность каскадов предварительного усиления невелика, поэтому значение КПД не играет существенной роли, важным показателем является минимальный коэффициент нелинейных искажений и максимального динамического диапазона усиливаемого сигнала, в этой связи используется режим класса А.

 

На рисунке 1 приведена типовая схема усилителя.

 

Рис. 1 Усилитель с емкостными связями

 

Делитель, образованный резисторами R1 и R2 задает напряжение базы транзистора Uб. Если ток делителя значительно больше тока базы, то напряжение базы Uб будет слабо изменяться при малых изменениях тока базы (будет почти постоянным). Поэтому данную схему называют схема с постоянным потенциалом базы.

В этой схеме резистор Rэ обеспечивает отрицательную обратную связь по току, необходимую для стабилизации режима работы усилителя по постоянному току. Емкость Сэ шунтирует резистор Rэ и исключает обратную связь на частоте усиливаемого сигнала.

Источники входного сигнала могут иметь внутреннее сопротивление Rc от десятков до сотен и тысяч Ом. Так как усилитель в схеме с общим эмиттером имеет сравнительно небольшое входное сопротивление, то при значительном сопротивлении источника сигнала на входе усилителя следует включать схему с общим коллектором (эмиттерный повторитель). Эмиттерный повторитель, как известно, имеет высокое входное и малое выходное сопротивление.

Нагрузка такого усилителя является, как правило, активной может иметь значения от десятков до сотен и более Ом. Так усилитель в схеме с общим эмиттером имеет большее выходное сопротивление, а при его уменьшении снижается коэффициент усиления, то при малом сопротивлении нагрузки следует включать эмиттерный повторитель на входе усилителя.

 

Расчет усилителя.

 

Исходные данные.

Коэффициент усиления
  по напряжению: КU = **  
по току: КI      
по мощности: КP      
Напряжение
  на нагрузке (действующее значение) UН = ** В
  на входе (действующее значение) UВХ     В
ЭДС источника
  сигнала (действующее значение) ЕС     мВ
  питания (постоянного тока) ЕК     В
Ток
  в нагрузке (амплитудное значение) IНМ     мА
Мощность
  в нагрузке PН     Вт
Сопротивление в цепи
  источника сигнала: RС = ** Ом
нагрузки: RН = ** Ом
коллектора        
эмиттера        
Диапазон усиливаемых частот
  нижняя граничная частота: FН = ** Гц
верхняя граничная частота: FВ = ** кГц
Диапазон температур окружающей среды
  минимальная: ТMIN = **
максимальная: ТMAX = **
Коэффициент температурной нестабильности: S = **  

 

 

Выбор транзистора

Предварительный выбор транзистора производится исходя из заданных условий:

1.2.1. Допустимая рассеиваемая на коллекторе мощность

PК ДОП > 8 · PН ∕ ζ = *** ***=*,** · 10n [Вт],

где, PН – мощность в нагрузке, PН = UН·IН = UН² ∕ R Н = *** ***=*,** ·10n [Вт]

ζ = 0,85 при S ≤ 3 и ζ = 0,7 при S ≥ 5. По значению S = *, принимаем ζ = *,*.

1.2.2. Допускаемый ток коллектора

IК ДОП > 5·IН = 5·UН ∕ R Н = *** ***= *,** · 10n [А];

1.2.3. Допустимое напряжение между коллектором и эмиттером

UКЭ ДОП> 10·UН = *** ***= *,**· 10n [В];

1.2.4. Статический коэффициент усиления по току

β ≥ (0,8 ÷ 1,5)·КН = *** ***= **,*;

1.2.5. Частотные параметры транзистора выбираются в соответствии с заданным значением верхней граничной частоты – FВ, коэффициента частотных искажений –МВ:

_________

Fβ = FВ·МВ ∕ √ МВ² -1 = *** ***= *,**· 10n [Гц];

FГР > 10·Fβ = *** ***= *,**· 10n [Гц];

По приложению 1 выбираем транзистор - КТ (ГТ) ****А (Б, В, Г, Д…):

h11 Э = *,**· 10n [Ом]; h12 Э = *,**· 10n.

h22 Э = *,**· 10n [См]; h21 Э = *,**· 10n;

СК = *,**· 10n [Ф].

При анализе режимов работы аналоговых и импульсных электронных устройств, когда на входе цепи действуют одновременно постоянная и переменная составляющие тока, пользуются методом наложения для нелинейных цепей. В этом случае сначала ведут расчет цепи с учетом только источников постоянного тока, определяя режим работы устройства на постоянном токе. Затем уже для этих характеристик (без учета постоянных составляющих тока) рассчитывают режим работы устройства на переменном токе. На практике постоянные составляющие электрического сигнала усилителя, как правило, называют напряжением и током покоя.

В режиме класса А рабочая точка выбирается на середине прямолинейного участка сквозной динамической характеристики. Возможно и иное расположение рабочей точки, главное, чтобы амплитудные значения сигнала не выходили за пределы линейного участка сквозной характеристики. Выходной сигнал, в этом случае, практически повторяет форму входного сигнала при относительно небольшой величине последнего. Нелинейные искажения при этом минимальны. Ток в выходной цепи протекает в течение всего периода входного сигнала. Среднее значение выходного тока велико по сравнению с амплитудой (или действующим значением) его переменной составляющей, поэтому КПД усилительного каскада невысок. В связи с этим режим усиления А используют лишь в маломощных каскадах предварительного усиления, для которых, как правило, важен малый коэффициент нелинейных искажений усиливаемого сигнала, а значение КПД не играет существенной роли.

Расчет режима транзистора по постоянному току

Для обеспечения режима работы класса А, необходимо установить соответствующие этому режиму токи электродов транзистора. Наиболее наглядно и просто это получается, если задаться расположением рабочей точки (точки покоя) примерно на середине линии нагрузки. Линия нагрузки для данной схемы проводится в системе координат выходной характеристики транзистора IК = f (UКЭО) через точки на осях координат: (UКЭ = ЕК; IК = 0) и (IК = ЕК / RК; UКЭ = 0). Рабочая точка Р характеризуется коллекторным током IКО и напряжением на коллекторе UКЭО.

Можно также ориентировочно определить рабочий ток IКО и напряжение на коллекторе UКЭО не прибегая к использованию выходной характеристики транзистора.

1.3.1. Ток коллектора в рабочей точке

IКО = 1,5 ·IНМ + 0,4 ·10 - 3 = *** + ***= *,**·10n [А];

__

где, IНМ – амплитудное значение тока в нагрузке, IНМ = √2 ·IН = *,**·10n [А];

IН – действующее значение тока в нагрузке, IН = UН /RН = ***/***= *,**·10n [А];

принимаем IКО =*,**·10n [А].

1.3.2. Ток базы в рабочей точке

IБО = IКО ∕ β = *** ***= *,**·10n [А].

Полученное значение тока базы должно превышать амплитуду входного тока в 1,2 ÷ 1,5 раза, т.е.

IБО > 1,2· IМ ВХ = 1,2· ***= *,**·10n [А],

__

где, IМ ВХ – амплитудное значение входного тока, IМ ВХ = √2 ·EС ∕ (RС + RВХ) = *** = *,**· 10n [А],

EС – действующее значение эдс источника сигнала, EС = UН ∕ КU = *** = *,**·10n [В];

RВХ – входное сопротивление усилителя, принимаем: RВХ = 0,8 · h11Э = 0,8·** =*,**· 10n [Ом].

Если это условие не выполняется, то следует увеличить значение IКО.

1.3.3. Ток эмиттера в рабочей точке

IЭО = IКО + IБО = *** + ***= *,**· 10n [А].

1.3.4. Напряжение между коллектором и эмиттером в рабочей точке

UКЭО ≥ 4 ·UНМ = 4 ·***= *,**[В],

__

где, UНМ – амплитудное значение напряжения на нагрузке, UНМ = √2 ·UН = *,**·10n [В];

Значение U КЭО должно быть не менее 2,0 [В]. Принимаем U КЭО =*,**[В].



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2017-06-12 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: