Расчет усилительного каскада с общим эмиттером

Размещено на http://www.allbest.ru

Выполнить расчет усилительного каскада с общим эмиттером

Исходные данные для расчёта:

1. напряжение на выходе каскада = 2,5 В;

2. сопротивление нагрузки = 250 Ом;

3. нижняя граничная частота =120 Гц;

4. допустимое значение коэффициента частотных искажений каскада в области низких частот =1,30.

Объяснить:

1) назначение элементов и принцип работы усилителя на транзисторе, включенного по схеме с ОЭ;

2) причины нестабильности параметров транзисторных усилителей.

Определить:

сопротивление коллекторной нагрузки ;

сопротивление в цепи эмиттера ;

напряжение источника питания ;

тип транзистора;

режим работы транзистора;

сопротивления делителя напряжения и , стабилизирующие режим работы транзистора;

коэффициент усиления каскада по напряжению ;

коэффициент усиления каскада по току ;

коэффициент усиления каскада по мощности ;

входное и выходное сопротивления;

ёмкости разделительных конденсаторов и ;

ёмкость конденсатора в цепи эмиттера .

усилительный каскад эмиттер транзисторный

Назначение элементов и принцип работы усилительного каскада по схеме с ОЭ

Основными элементами схемы с общим эмиттером (ОЭ) являются источник питания R_к, управляемый элемент - транзистор Т и резистор R_к. Эти элементы образуют главную цепь усилительного каскада, в которой за счет протекания управляемого по цепи базы коллекторного тока создается усиленное переменное напряжение на выходе схемы. Остальные элементы каскада выполняют вспомогательную роль. Конденсаторы , являются разделительными. Конденсатор исключает шунтирование входной цепи каскада цепью источника входного сигнала по постоянному току, что позволяет, во-первых, исключить протекание постоянного тока через источник входного сигнала по цепи Е_к > > и, во-вторых, обеспечить независимость от внутреннего сопротивления этого источника напряжения на базе в режиме покоя. Функция конденсатора сводится к пропусканию в цепь нагрузки переменной составляющей напряжения и задержанию постоянной составляющей.

Рисунок.1. Принципиальная схема усилительного каскада с общим эмиттером.

Резисторы и используются для задания режима покоя каскада. Поскольку биполярный транзистор управляется током, ток покоя управляемого элемента (в данном случае ток) создается заданием соответствующей величины тока базы покоя. Резистор предназначен для создания цепи протекания тока . Совместно с резистор обеспечивает исходное напряжение на базе относительно зажима ”+” источника питания.

Резистор является элементом отрицательной обратной связи, предназначенным для стабилизации режима покоя каскада при изменении температуры.

Конденсатор С_э шунтирует резистор по переменному току, исключая тем самым проявление отрицательной обратной связи в каскаде по переменным составляющим.

Название схемы «с общим эмиттером» означает, что вывод эмиттера транзистора по переменному току является общим для входной и выходной цепи каскада.

Принцип действия усилителя ОЭ заключается в следующем.

С помощью небольших изменений напряжения или тока во входной цепи транзистора можно получить значительно большие изменения напряжения или тока в его выходной цепи. При подаче на вход усилителя небольшого переменного напряжения (порядка сотых вольт), получаем изменение тока базы, которое можно определить по входной характеристике.

На семействе выходных характеристик видно, что при изменении тока базы приводит к появлению переменной составляющей коллекторного напряжения. Причем это изменение в десятки раз больше изменения входного напряжения. То есть получаем усиление входного сигнала.

Причины нестабильности параметров транзисторных усилителей

При работе усилителя коэффициент усиления не остается постоянным, а изменяется вследствие следующих дестабилизирующих факторов:

- присутствие в схемах реактивных элементов и нелинейных элементов (транзисторов);

- старение усилительных и других элементов,

- изменение температуры окружающей среды, влажности, давления,

- изменения напряжения источника питания;

- влияния внешних электромагнитных полей.

Расчет усилителя

1. Выбирается сопротивление R_к из следующих соображений. Коэффициент К_U каскада прямо пропорционален _.

Уравнение выходной цепи каскада по постоянному току имеет вид:

Из выражения видно, что увеличение ведет к увеличению требуемого , поэтому выбирается из условия:

= (3…5).

Принимаем стандартное значение 1000 Ом

2. Определяем амплитуду переменной составляющей тока коллектора:

где

3. Задаем координаты точки покоя выходной цепи транзистора. Они должны удовлетворять условиям:

Для определения принимают = 1…2 В;

определим из условия:

.

Примем , = 1,5 В,

.

, принимаем

4. Определяем каскада. Падение напряжения на сопротивлении для обеспечения высокой температурной стабильности режима покоя выбираем из условия

.

Округлив полученное значение до большего целого числа получаем 32 В.

5. Выбираем по справочнику транзистор из условий:

Транзистор КТ361 Д, для которого

,

Условия

выполняются.

6. Определяем ток

_.

Из справочника типовое значение .

Рисунок 2. Входная характеристика транзистора КТ 361 Д

По входной ВАХ, определяется напряжение =0,66 В.

7. Задаем ток делителя

Рассчитываем сопротивления ,

Принимаем стандартное значение 330 Ом

Принимаем стандартное значение 18000 Ом

Принимаем стандартное значение 6800 Ом

8. Произведем расчет каскада по переменному току.

Рисунок. 3. Схема замещения по переменному току

Сопротивления входного делителя и представлены в схеме замещения сопротивлением

Входное сопротивление транзистора

Для КТ 361 Д , по входной характеристике транзистора

Ом

По схеме замещения определяем параметры каскада по переменному току:

Рисунок 4. Выходные характеристики КТ361 Д.

Выходная проводимость на выходе по переменному сигналу

,

Определим коэффициент усиления по току

это значение составляет 0,7 от, что является допустимым, так как попадает в интервал (0,7…0,85)

Определим коэффициент усиления по напряжению

9. Определяем необходимое для управления каскадом амплитудное значение входного напряжения:

=

- эта точка лежит на линейном участке входной ВАХ.

Расчета усилителя в области низких частот

10. Коэффициент частотных искажений (М_н) распределяется равномерно между всеми искомыми элементами схемы, определяется коэффициент частотных искажений (М_нi ), выделяемый на каждый элемент, по формуле:

11. Определим значения элементов схемы:

Емкость входного разделительного конденсатора:

,

где - входное сопротивление каскада на средних частотах;

- внутреннее сопротивление источника входного сигнала.

Примем = .

Выбираем стандартное значение = 8,2 мкФ

Емкость выходного разделительного конденсатора:

,

где - выходное сопротивление каскада на средних частотах.

Выбираем стандартное значение = 3,6 мк Ф

Емкость конденсатора (С_э) в цепи эмиттера транзистора:

,

где .

Выбираем стандартное значение = 430 мк Ф

Литература

1. Транзисторы для аппаратуры широкого применения. Б.Л. Перельман. Справочник. 1981 г. - 652 с Справочник. 1981 г. - 652 с.

Размещено на Allbest.ru