РАСЧЕТ ТРАНЗИСТОРНОГО УСИЛИТЕЛЯ

Задание на курсовую работу. Вариант 10 Исходные данные для расчета предварительного усилителя на транзисторе. Максимальное напряжение на входе усилителя Ес = 6,5 мВ Сопротивление источника сигнала Rc = 100 Ом Коэффициент усиления по напряжению Ku = 70 Сопротивление нагрузки Rн = 150 Ом Нижняя граничная частота fн = 40 Гц Верхняя граничная частота fв = 50 кГц Коэффициенты частотных искажений

Мв = Мн = 0,7 S = 6 Диапазон температур от Тmin = 15°C до Тmax = 45°C Содержание. Задание на курсовую работу….1 Содержание…2 Введение….1. Расчетная часть… 1.1 Предварительный выбор транзистора… 1.2 Расчет режима работы транзистора по постоянному току… 1.3 Расчет параметров, обеспечивающих режим работы транзистора по постоянному току… 6 1.4

Расчет емкости конденсаторов….1.5 Расчет амплитудно- и фазочастотных характеристик…11 Заключение… 13 ПРИЛОЖЕНИЕ 1: Схема электрическая принципиальная ПРИЛОЖЕНИЕ 2: Перечень элементов ПРИЛОЖЕНИЕ 3: Печатная плата 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. На рис.1 приведена типовая схема усилителя. 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 схемой 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 Cэ 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 эмиттерный повторитель. Эмиттерный повторитель, как известно, имеет высокое входное и малое выходное сопротивления. Нагрузка такого усилителя является, как правило, активной и может иметь значение от десятков до сотен и более Ом. Так как усилитель в схеме с общим эмиттером имеет большое выходное

сопротивление, а при его уменьшении снижается коэффициент усиления, то при малом сопротивлении нагрузки следует включать эмиттерный повторитель на выходе усилителя. 1. Расчетная часть. 1.1 Предварительный выбор транзистора. Для выбора транзистора, необходимо знать амплитуду напряжения на нагрузке. Она определяется из формулы (1). (1) При Uн менее одного вольта для каскадов предварительного усиления

оценка рассеиваемой мощности обычно не производится. Допустимый ток коллектора выбирается из условия (2). (2) Допустимое напряжение между коллектором и эмиттером выбирается из условия (3). (3) Статический коэффициент усиления по току выбирается в пределах (4). (4) Так как по заданию Rc не сильно отличается от Rн, выбираем:

Частотные параметры транзистора должны отвечать условию (5). (5) Заданным условиям соответствует транзистор КТ208Б. Его справочные данные приведены в таблице 1. Таблица 1. Справочные данные транзистора КТ208Б. Uкэдоп, В Iкдоп, мА Ркдоп, мВт Iк0, мкА fгр, МГц Ск, пФ h11э, Ом h12’э, *10-3 h21э h22э, мкСм

КТ208Б 20 150 200 0,5 5 35 800 0,1.2 Расчет режима работы транзистора по постоянному току. Ток коллектора в рабочей точке для каскадов вычисляется по формуле (6). (6) , где Rн - сопротивление нагрузки в кОм, Uн - максимальное напряжение на нагрузке в В. Таким образом, получаем: Полученной значение меньше 1 мА, следовательно, принимаем: Ток базы в рабочей точке определяется из условия (7). (7)

Полученное значение тока базы должно превышать амплитуду входного тока в 1,2 1,5 раза, то есть должно выполняться условие (8). (8) Входное сопротивление усилителя можно принять: Rвх ≈ h11э. Подставим значения: Так как это условие выполняется, в увеличении нет необходимости. Напряжение между коллектором и эмиттером в рабочей точке определяется из соотношения (9). (9) 1.3 Расчет параметров, обеспечивающих режим работы транзистора по постоянному току.

Для схемы, изображенной на рисунке 1 выбирают из условия (10). Rб≈8*h11э (10) Таким образом, получаем: Rб = 8*800 = 6,4 кОм Сопротивление Rэ выбирается из соотношения (11). (11) Резистора с таким сопротивлением нет в ряде Е24, поэтому задаемся значением . Определим напряжение источника питания по формуле (12). (12)

Для обеспечения соответствия уровня напряжения питания номинальному значению (6,3 В), необходимо увеличить его на 0,152 В. С учетом этого на ту же самую величину напряжение между коллектором и эмиттером в рабочей точке. Таким образом получаем: = 2,726 В = 6,3 В Определим сопротивление в цепи коллектора (13). (13) Резистора с таким сопротивлением нет в ряде Е24, поэтому задаемся значением

Определим напряжение базы (14). (14) В данной формуле есть напряжение между базой и эмиттером в рабочей точке. Для кремниевых транзисторов оно задается в пределах 0,6 0,7 В. Зададимся значением = 0,65 В. Рассчитаем делитель цепи базы. Напряжение холостого хода делителя определяется из формулы (15). (15) Величина сопротивлений R1 и R2 определятся следующим образом (16), (17): (16) (17)

Резистора с таким сопротивлением нет в ряде Е24, поэтому задаемся значением Резистора с таким сопротивлением нет в ряде Е24, поэтому задаемся значением Величина тока делителя должна удовлетворять условию (18). (18) Так как данное условие выполняется, то изменять сопротивление Rб не требуется. Далее необходимо проверить полученное значение коэффициента усиления по формуле (19).

(18) Для расчета необходимо определить Rвх и Rкн из формул (19) и (20). (19) (20) Таким образом, получаем: Полученный коэффициент усиление гораздо меньше необходимого (Ku = 70). В нашем случае сопротивление нагрузки меньше сопротивления коллектора (Rн < Rк), так как Rн = 150 Ом, а Rн = 2,751 кОм. В этом случае целесообразно включить эмиттерный повторитель на выход усилителя, изображенного на рисунке 1. Причем в этом случае нагрузкой усилителя будет являться

входное сопротивление эмиттерного повторителя. Эмиттерный повторитель выполнен на том же транзисторе, что и усилительный каскад. Схема усилителя с эмиттерным повторителем на выходе изображена на рисунке 2. Рисунок 2. Усилитель с эмиттерным повторителем на выходе. Определим ток коллектора эмиттерного повторителя в рабочей точке из формулы (21). (21) Ток эмиттера транзистора VT2 и напряжение на нем определяются из формул (22), (23). (22) (23)

Определим сопротивление Rэ2 (24). (24) Резистора с таким сопротивлением нет в ряде Е24, поэтому задаемся значением Далее определим сопротивление нагрузки эмиттерного повторителя из формулы (25). (25) Резистора с таким сопротивлением нет в ряде Е24, поэтому задаемся значением Определим входное сопротивление эмиттерного повторителя, которое является нагрузкой для работы усилительного каскада (26). (26)

Определим коэффициент усиления эмиттерного повторителя (27). (27) При подключении на выход эмиттерного повторителя коэффициент усиления будет определяться соотношением (28). (28) В данной формуле определяется из соотношения (18), но с учетом того, что сопротивление нагрузки изменилось (29). (29) Определим коэффициент усиления после изменения схемы: Определим из формулы коэффициент усиления всей схемы:

Полученное значение более чем два раза превышает необходимое. В следствии этого, возникает необходимость снизить КU. Снизить коэффициент усиления можно за счет включения делителя напряжения на входе схемы. При этом схема примет вид, показанный на рисунке 3. Рисунок 3. Усилитель с делителем на входе и эмиттерным повторителем на выходе.

Сопротивление резисторов R3 и R4 выбираются из расчета, что входное напряжение необходимо снизить вдвое (так как коэффициент усиления вдвое больше заданного значения). Это значит, что для формирования нужного уровня входного сигнала сопротивления R3 и R4 должны быть равны. Зададимся значениями: R3 = R4 = 200 Ом. Таким образом получаем: 1.4 Расчет емкости конденсаторов.

При расчете усилителя коэффициент частотных искажений МН на частоте fН принимают равным 0,707. МН для нескольких последовательно включенных RC-цепей равен произведению коэффициентов частотных искажений составляющих цепей. Так для схемы рис.1 МН = МН1МНэМН2, где МН1 - коэффициент частотных искажений входной цепи (емкость

С1), МНэ – цепи эмиттера (емкость Сэ), МН2 – выходной цепи (емкость С2). Возьмем МНэ несколько меньше, чем МН1 и МН2. Например, МНэ = 0,85, а МН1 = МН2 = = 0,91 Значения емкостей определяются из уравнений (30), (31) и (32). (30) Конденсатора с такой емкостью нет в ряде Е24, поэтому задаемся значением (31) Конденсатора с такой емкостью нет в ряде Е24, поэтому задаемся значением (32)

Конденсатора с такой емкостью нет в ряде Е24, поэтому задаемся значением 1.5 Расчет амлитудно- и фазочастотных характеристик усилителя. Частотные свойства усилителя описываются уравнением (33). (33) В этой формуле постоянная времени усилителя в области низких частот определяется из соотношения (34) (34) Постоянная времени усилителя в области высоких частот определяется из соотношения (35) (35) , где

Амплитудно-частотная характеристика усилителя строится по уравнению (36) (36) АЧХ усилителя изображена на рисунке 4. Рисунок 4. АЧХ усилителя. Фазо-частотная характеристика усилителя строится по уравнению (37) (37) Рисунок 5. ФЧХ усилителя. Заключение. В результате выполнения курсовой работы мы освоили методику расчета предварительного усилителя на транзисторе. На рисунке 6 изображена полученная схема, а так же приведены

номиналы элементов схемы. Рисунок 6. Схема полученного усилителя. C1 = 11 мкФ C2 = 3 мкФ C3 = 11 мкФ R1 = 100 Ом R2 = 200 Ом R3 = 200 Ом R4 = 56 кОм R5 = 7,5 кОм R6 = 1 кОм R7 = 2,7 кОм R8 = 5,1 кОм R9 = 150 Ом VT1, VT2 – КТ208Б Данная схема обеспечивает мощность в нагрузке, соответствующую заданию, а так же формирует заданную

полосу пропускания.