Расчет усилителя напряжений на биполярном транзисторе

Размещено на http://www.allbest.ru/

Государственный комитет связи Украины

Одесская Национальная Академия Связи им. А.С. Попова

Контрольная работа по основам схемотехники на тему:

«Расчет усилителя напряжений на биполярном транзисторе»

Студента группы КИМ-21

Василевского Николая Анатольевича

Преподаватель:

Воробьева Елена Михайловна

Одесса 2002 год

План

Оглавление

Введение в усилители

Задание для работы

Разработанная схема

Входные и выходные данные усилителя

Выбор транзистора для схемы

Расчет параметров схемы

Список использованной литературы

Введение в усилители

Электронным усилителем называется устройство, позволяющее преобразовать входные электрические сигналы в сигналы большей мощности на выходе без существенного искажения их формы. Эффект увеличения мощности возможен при наличии в устройстве некоторого внешнего источника, энергия которого используется для создания повышенной мощности на выходе. Этот источник управляемой энергии, преобразуемой усилителем в энергию усиленных сигналов, называется источником питания.

Энергия источника питания преобразуется в энергию полезного сигнала при помощи усилительных, или активных элементов. Устройство, являющееся потребителем усиленных сигналов, называют нагрузкой усилителя, а цепь усилителя, к которой нагрузка подключена, - выходной цепью, или выходом усилителя. Потоком энергии, направленной от источника питания в нагрузку, управляет входной сигнал. Источник входного сигнала, который нужно усилить, называется источником сигнала, или входным источником, а цепь усилителя, в которую вводят входной сигнал, называется входной цепью, или входом усилителя.

Деление усилителей на типы обычно осуществляют по назначению усилителя, характеру входного сигнала, полосе и абсолютному значению усиливаемых частот, виду используемых активных элементов.

1. По своему назначению усилители условно делятся на усилители напряжения, усилители тока и усилители мощности.

Если основное требование -- усиление входного напряжения до необходимого значения, то такой усилитель относят к усилителям напряжения. Если основное требование -- усиление входного тока до нужного уровня, то такой усилитель относят к усилителям тока. Следует отметить, что в усилителях напряжения и усилителях тока одновременно происходит усиление мощности сигнала (иначе вместо усилителя достаточно было бы применить трансформатор). В усилителях мощности в отличие от усилителей напряжения и тока требуется обеспечить в нагрузке заданный или максимально возможный уровень мощности сигнала.

2. В зависимости от характера входного сигнала различают усилители гармонических (непрерывных) сигналов и усилители импульсных сигналов. К первой группе относятся устройства для усиления непрерывных электрических сигналов, гармонические составляющие которых изменяются много медленнее всех нестационарных процессов в цепях усилителя. Ко второй группе усилителей относятся устройства для усиления электрических импульсов различной формы и амплитуды с допустимыми искажениями их формы. В этих усилителях входной сигнал изменяется настолько быстро, что процесс установления колебаний является определяющим при нахождении формы выходного сигнала.

3. Полоса и абсолютные значения усиливаемых частот позволяют разделить усилители на следующие типы.

Усилители постоянного тока предназначены для усиления электрических колебаний в пределах от низшей частоты равной 0 до верхней рабочей частоты усилителя. Главным является то, что они усиливают и постоянные, и переменные составляющие входного сигнала.

Усилители переменного тока предназначены для усиления лишь переменных составляющих входного сигнала. В зависимости от граничных значений рабочего диапазона частот усилители переменного тока могут быть низкой и высокой частоты.

4. По роду применяемых активных элементов усилители делятся на транзисторные, магнитные, диодные, ламповые, параметрические и др.

В качестве активных элементов в настоящее время в усилителях чаще используются полевые или биполярные транзисторы либо интегральные схемы. Широко применявшиеся ранее усилительные лампы в разработке новой усилительной аппаратуры практически не используются. Значительно реже, чем транзисторы и интегральные схемы, применяются активные элементы в виде нелинейных емкостей или индуктивностей и специальные типы полупроводниковых диодов.

Приведенная классификация рассматривает усилительные устройства с разных позиций. Поэтому для полной характеристики конкретного усилителя необходимо использование всех его основных признаков.

Основные технические показатели усилителей

Сумма сведений, характеризующих основные свойства усилителя, называется его показателями.

К основным техническим показателям относятся:

* входные и выходные данные;

* коэффициент усиления;

* коэффициент полезного действия усилительного устройства;

* характеристики:

* частотная,

* фазовая,

* амплитудная,

* переходная;

* искажения формы выходного сигнала:

* линейные искажения

* частотные,

* фазовые,

* нелинейные искажения

Для различных классов усилителей одни показатели могут иметь основное значение, другие -- второстепенное.

Задание для работы

Разработать схему резистивного усилителя на биполярном транзисторе.

Выбрать тип транзистора.

Определить напряжение питания коллекторной цепи .

Рассчитать мощность , которая рассеивается коллектором, и сравнить ее с допустимой максимальной .

Построить эпюры входных и выходных напряжений и токов.

Рассчитать сопротивление нагрузки и сопротивление в цепи базы.

Рассчитать полезную выходную мощность и мощность потерь .

Определить коэффициент усиления по напряжению , по току , и мощности .

Рассчитать входное сопротивление.

Определить коэффициент полезного действия.

Разработанная схема

На рисунке №1 представлена схема усилителя напряжений на биполярном транзисторе.

Входные и выходные данные усилителя

Амплитуда входного напряжения

= (0,05+0,002n), B

Амплитуда выходного напряжения

= (7+0,3m), B

Выходная мощность 25 мВт (m - предпоследняя, а n - последняя цифра студенческого билета)

Номер студенческого билета: K-00005, m=0; n=5;

= (0,05 + 0,002 * 5) = 0,06 В

= (7 + 0,3 *0) = 7 B

= 25 мВт = 0,025

Выбор транзистора для схемы

Рассмотрев предложенные варианты, подходящим оказался транзистор КТ315Г.

На рисунке №2 представлена его входная характеристика.

На рисунке №3 представлены выходные характеристики транзистора.

Расчет параметров схемы

Расчет напряжения питания коллекторной цепи.

Где - приблизительно равно 1 Вольту.

= 2* 7 + 2 = 16 Вольт

Построение эпюр

Для построения эпюр мы перечерчиваем входную и выходную характеристики из справочника.

Начинаем со входной характеристики (мы выбрали характеристику при температуре 20 градусов по Цельсию).

Ход работы

Началом рабочего участка принимается точка с током базы 0,05 мА.

Проецируем эту точку на характеристику, а затем на ось напряжений, получим точку 1'.

От точки по оси напряжения откладываем 2 раза .

Полученные точки на оси проецируем на характеристику. Они носят названия и . Пересечение проекций с характеристикой даст рабочую точку А'.

Пересечение проекций даст вторую граничную точку рабочего участка 2'.

Спроецируем точки А' и 2' на ось токов . Обозначим их , и .

По полученным точкам значениях токов и напряжений строим эпюры входных параметров.

При построении эпюр входного напряжения мы узнаем 6 параметров:

, , - три из них на оси напряжения

, , - и три на оси тока базы.

На рисунке №4 показано построение эпюр для входного напряжения



усилитель напряжение биполярный транзистор

Построение эпюр для выходного напряжения

Из семейства выходных характеристик выбираем только 3, со значениями токов базы рассчитанных на входной характеристики. Соответственно:

= 0,2 mA

= 0,10 mA

= 0,05 mA

Ход работы

На оси откладываем 2 Вольта. Эта точка будет являться началом рабочего участка и называться .

От этой точки откладываем 2 раза .

Проецируем точки напряжений на характеристику.

Через данные точки строим нагрузочную прямую. Прямая должна проходить через две точки, основными считать точки 1 и 2.

Проецируем точки 1,2 и А на ось токов.

Аналогично первому случаю строим эпюры.

При построении эпюр выходного напряжения мы узнаем 8 параметров:

, , и - четыре из них на оси напряжения

, , , - и четыре на оси тока базы.

При проведении нагрузочной прямой рабочая точка А оказалась приблизительно на расстоянии в один вольт с лева от нее. Рабочая точка перемещена на нагрузочную прямую.

На рисунке №5 показано построение эпюр для выходного напряжения

Расчет дополнительных параметров.

Расчет мощности рассеиваемой коллектором.



= 9 * 0,01 = 0,09 Ватт

Напряжение питания коллектора

= 22 Вольта.

Сопротивление коллектора

= 22 / 0,02 = 1100 ОМ

Сопротивление базы

= (22 - 0,48)/0,0001=215,2 кОМ

Выходная полезная мощность

49/2*1100=0,02 Ватт

Потраченная мощность



22*0,01 = 0,22 Ватт

Коэффициент усиления по напряжению

7/0,06 = 116

Коэффициент усиления по току

= ((0,018- 0,005)/2)/((0,0002-0,00005)/2)=86

Коэффициент усиления по мощности

= 166*86= 9976

Коэффициент полезного действия



= 0,02/0,22 =0,09

Список использованной литературы

1. Схемотехника аналоговых устройств, В.П. Малахов, 2000 год.

Размещено на Allbest.ru