Расчет усилительного каскада

Размещено на http://www.allbest.ru/

РАСЧЕТНО - ГРАФИЧЕСКАЯ (КУРСОВАЯ) РАБОТА

ПО ЭЛЕКТРОТЕХНИКЕ «РАСЧЕТ УСИЛИТЕЛЬНОГО КАСКАДА»

Задача работы

Рассчитать h - параметры биполярного транзистора, его входное и выходное сопротивления, коэффициент передачи по току, пользуясь входными и выходными характеристиками транзистора. Тип транзистора задается преподавателем. Схема включения транзистора с общим эмиттером (ОЭ).

Провести графоаналитический расчет усилительного каскада на заданном типе транзистора, включенного по схеме с ОЭ, с одним источником питания E_К и с температурной стабилизацией рабочего режима.

Определить параметры элементов схемы усилительного каскада:

коэффициенты усиления по току (К_i), напряжению (К_u), мощности (K_p); токи и напряжения в режиме покоя I_бо, I_ко, U_бэо, U_кэо,; амплитудные значения входных и выходных переменных токов и напряжений в линейном режиме работы усилителя; полезную выходную мощность каскада и его КПД; верхнюю и нижнюю граничные частоты полосы пропускания.

Ниже приводится рекомендуемая последовательность расчета усилителя на базе транзистора p-n-p типа проводимости (рис. 1). Расчет усилителя с p-n-p типа транзистором аналогичен (в этом случае следует правильно выбрать полярность источника питания Е_К).

1. Расчет параметров транзистора

Изобразить семейство статических входных и выходных характеристик заданного транзистора, соответствующих схеме с ОЭ.

Определить h - параметры транзистора, соответствующие схеме с ОЭ, пользуясь входными и выходными характеристиками транзистора:

по входным характеристикам определить

h₁₁ = / U_кэ = const, h₁₂ = / I_б = const;

по выходным характеристикам определить

h₂₁ = / U_кэ = const, h₂₂ = / I_б = const.

Найти входное и выходное сопротивление транзистора:

Определить коэффициент передачи по току транзистора ?:

? = h₂₁.

2. Расчет усилительного каскада по постоянному току графоаналитическим методом

Изобразить семейство выходных и входную (при U_кэ = 5B) характеристики заданного транзистора как показано на рис. 2.

На выходных характеристиках нанести кривую допустимой мощности P_{k max}, рассеиваемой на коллекторе, P_{k max} = U_кэI_к = const.

Выбрать значение напряжения источника питания E_к в пределах (0.7 - 0.9) U_{k max}. (Следует учитывать, что E_к ? 3U_{m вых} и E_к ? U_кэо + I_ко(R_к + R_э)). Эту величину в дальнейшем, после выбора R_к, R_э, и U_{m вых} следует скорректировать.

Из условия передачи максимальной мощности от источника энергии к потребителю (согласованный режим) выбрать R_к ? R_{вых. т}. однако на выход усилителя обычно включается нагрузка R_н ? R_к поэтому рекомендуется выбирать R_к = (0.3 - 1)R_{вых. т}. так чтобы его величина лежала в диапазон R_к = (0.5 - 10) кОм.

Построить нагрузочную линию усилительного каскада, согласно уравнению

U_кэ = Е_к - I_кR_к

Для этого использовать две точки (“d” и ”c”) на выходных характеристиках транзистора (рис. 2):

U_кэ = 0, I_к = (т.ч. “d”); I_к = 0, U_кэ = Е_к (т.ч. “c”).

При этом линия нагрузки должна проходить левее и ниже допустимых значений U_{k max},

I_{k max}, и P_{k max} и обеспечить достаточно протяженный линейный участок переходной характеристики (см. рис. 2).

По точкам пересечения линии нагрузки с выходными характеристиками построить переходную характеристику транзистора I_к = f(I_б) (см. рис. 2)

На переходной характеристике транзистора (с учетом входной характеристики) выбрать линейный участок “а - в”, в диапазоне которого усилитель усиливает без искажения. На середине участка “а - в” нанести рабочую точку “А”, соответствующую режиму работы транзистора по постоянному току.

По координатам рабочей точки “A” определить токи и напряжения транзистора в режиме покоя (по постоянному току): I_бо, I_ко, U_бэо, U_кэо.

3. Расчет усилительного каскада по переменному току

Определить пределы изменения амплитуд входного тока и напряжения, выходного тока и напряжения в линейном режиме работы усилителя. Найти: I_бm, I_кm, U_бэm, U_кэm (см. рис. 2)

Рядом с графиками входных и выходных характеристик транзистора показать характер изменения токов и напряжений во времени в виде кривых:

i_б = I_бо + I_бmsin?t; u_бэ = U_бэо + U_бэmsin?t;

i_к = I_ко + I_кmsin?t; u_кэ = U_кэо + U_кэmsin?t;

соответствующих рабочим участкам этих характеристик.

4. Расчет параметров элементов усилителя ОЭ

Рассчитать элементы цепи термостабилизации R_э и С_э.

Увеличение R_э повышает глубину отрицательной обратной связи во входной цепи усилителя (улучшает термостабилизацию), с другой стороны, при этом падает КПД усилителя из - за дополнительных потерь мощности на этом сопротивлении. Обычно выбирают величину падения напряжения на R_э порядка (0,1 - 0,3)Е_к, что равносильно выбору R_э ? (0,05 - 0,15)R_к в согласованном режиме работы транзистора. Используя последнее соотношение выбираем величину R_э.

Для коллекторно - эмиттерной цепи усилительного каскада в соответствии со вторым законом Кирхгофа можно записать уравнение электрического состояния по постоянному току

Используя это уравнение скорректировать выбранные по п.п. 2.3 и 2.4 значение Е_к или величину R_к. Определить емкость в цепи эмиттера С_э из условия R_э = (5 - 10)Х_э, где Х_э - емкостное сопротивление элемента С_э. При этом

мкФ, выбрав f_н = 50 - 100 Гц.

Для исключения шунтирующего действия делителя R₁, R₂ на входную цепь транзистора задается сопротивление R_б.

и ток делителя I_д = (2 - 5)I_бо, что повышает температурную стабильность U_бо. Исходя из этого определить сопротивления R₁, и R₂, R_б:

; ;

Определить емкость разделительного конденсатора из условия R_вх = (5 - 10) Х_р, где Х_р - емкостное сопротивление разделительного конденсатора, R_вх - входное сопротивление каскада. При этом

мкФ, а

5. Определить параметры усилительного каскада

транзистор усилительный каскад ток

Коэффициент усиления каскада по току K_i

Входное сопротивление каскада R_вх

если то

Выходное сопротивление каскада R_вых

Коэффициент усиления по напряжению K_и

Коэффициент усиления по мощности K_р

Полезную выходную мощность каскада

Полную мощность, расходуемую источником питания

КПД каскада

Коэффициент нестабильности каскада S

, где

при этом S < (2 -7).

Верхняя и нижняя граничные частоты определяются из соотношения для коэффициента частотных искажений:

на нижней частоте

;

и верхней частоте

.

Обычно выбирается

, тогда и ,

где

С_к - емкость коллекторного перехода.

Заключение

Объяснить назначение всех элементов схемы усилительного каскада. Параметры элементов схемы выбираются на основании всего комплекса расчетов. По данным расчета выбрать стандартные резисторы и конденсаторы по справочнику. [1]

По результатам анализа усилительного каскада дать рекомендации по применению выбранного типа транзистора, оценив его коэффициенты усиления, частотные свойства, выходные напряжения и мощность в линейном режиме и КПД.

Литература

Электротехнический справочник. Т.1,2. 7 - е изд. -М.: Энергоиздат, 1985, 1986

Транзисторы для аппаратуры широкого применения. Справочник под ред. Б.Л. Переломана. - М.: Радио и связь, 1981

Основы промышленной электроники под ред. В.Г. Герасимова. - М.: Высшая школа, 1978, 1986

Забродин Ю.С. Промышленная электроника. - М.: Высшая школа, 1982

Электротехника и электроника/кн. З .Электрические изменения и основы электроники// Под. ред. В.Г. Герасимова. - М.: Энергоатомиздат, 1998

Филинов В.В. Нелинейные электрические и магнитные цепи/ Учебное пособие. -М.: МГАПИ, 2001, (задачи 3.3 и 3.4)

Размещено на Allbest.ru