–М.: Энергоатомиздат, 1998. Филинов В.В. Нелинейные электрические и магнитные цепи/ Учебное пособие. –М.: МГАПИ, 2001, (задачи 3.3 и 3.4). Рис. 1 Усилитель с общим эмиттером.


РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА ПО ЭЛЕКТРОНИКЕ «РАСЧЕТ УСИЛИТЕЛЬНОГО КАСКАДА С ОЭ»
ЗАДАЧА №2.
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 EК и с температурной стабилизацией рабочего режима.
Определить параметры элементов схемы усилительного каскада:
коэффициенты усиления по току (Кi), напряжению (Кu), мощности (Kp); токи и напряжения в режиме покоя Iбо, Iко, Uбэо, Uкэо; 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 n-p-n типа транзистором аналогичен (в этом случае следует правильно выбрать полярность источника питания ЕК).
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 = , h12 = ;
по выходным характеристикам определить
h21 = , h22 = .
Найти входное и выходное сопротивление транзистора:

Определить коэффициент передачи по току транзистора β:
β = h21.
Расчет усилительного каскада по постоянному току графоаналитическим методом.
Изобразить семейство выходных и входных (при Uкэ = 5B) характеристики заданного транзистора как показано на рис. 2.
На выходных характеристиках нанести кривую допустимой мощности Pk max, рассеиваемой на коллекторе, Pk max = UкэIк = const.
Выбрать значение напряжения источника питания Eк в пределах (0.7 – 0.9) Uk max. (Следует учитывать, что Eк ≈ 3Um вых и Eк ≈ Uкэо + Iко(Rк + Rэ)). Эту величину в дальнейшем, после выбора Rк, Rэ, и Um вых следует скорректировать.
Из условия передачи максимальной мощности от источника энергии к потребителю (согласованный режим) выбрать Rк ≈ Rвых. т. однако на выход усилителя обычно включается нагрузка Rн ≤ Rк поэтому рекомендуется выбирать Rк = (0.3 – 1)Rвых. т. так чтобы его величина лежала в диапазоне Rк = (0.5 - 10) кОм.
Построить нагрузочную линию усилительного каскада, согласно уравнению
Uкэ = Ек - IкRк
Для этого использовать две точки (“d” и ”c”) на выходных характеристиках транзистора (рис. 2):
Uкэ = 0, Iк = (т.ч. “d”); Iк = 0, Uкэ = Ек (т.ч. “c”).
При этом линия нагрузки должна проходить левее и ниже допустимых значений Uk max,
Ik max, и Pk max и обеспечить достаточно протяженный линейный участок переходной характеристики (см. рис. 2)
По точкам пересечения линии нагрузки с выходными характеристиками построить переходную характеристику транзистора Iк = f(Iб) (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): Iбо, Iко, Uбэо, Uкэо.
3.0. Расчет усилительного каскада по переменному току.
3.1. Определить пределы изменения амплитуд входного тока и напряжения, выходного тока и напряжения в линейном режиме работы усилителя. Найти: Iбm, Iкm, Uбэm, Uкэm
(см. рис. 2)
3.2. Рядом с графиками входных и выходных характеристик транзистора показать характер изменения токов и напряжений во времени в виде кривых:
iб = Iбо + Iбmsinωt; uбэ = Uбэо + Uбэmsinωt;
iк = Iко + Iкmsinωt; uкэ = Uкэо + Uкэmsinωt;
соответствующих рабочим участкам этих характеристик.
4.0. Расчет параметров элементов усилителя ОЭ.
4.1. Рассчитать элементы цепи термостабилизации RЭ и СЭ.
4.1.1. Увеличение RЭ 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 RЭ порядка (0,1 – 0,3)ЕК, что равносильно выбору RЭ ≈ (0,05 – 0,15)RК в согласованном режиме работы транзистора. Используя последнее соотношение выбираем величину RЭ.
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 Ек или величину Rк.
4.13. Определить емкость в цепи эмиттера Сэ из условия Rэ = (5 - 10)Хэ, где Хэ – емкостное сопротивление элемента Сэ. При этом
мкФ, выбрав fн = 50 – 100 Гц.
Для исключения шунтирующего действия делителя R1, R2 на входную цепь транзистора задается сопротивление Rб.

и ток делителя Iд = (2 - 5)Iбо, что повышает температурную стабильность Uбо. Исходя из этого определить сопротивления R1, и R2, Rб:
; ;
Определить емкость разделительного конденсатора из условия Rвх = (5 - 10)Хр, где Хр – емкостное сопротивление разделительного конденсатора, Rвх – входное сопротивление каскада. При этом
мкФ, а
Определить параметры усилительного каскада.
Коэффициент усиления каскада по току Ki

Входное сопротивление каскада Rвх
если то
Выходное сопротивление каскада Rвых

Коэффициент усиления по напряжению Kи

5.5. Коэффициент усиления по мощности Kр

Полезную выходную мощность каскада

Полную мощность, расходуемую источником питания

КПД каскада

Верхняя и нижняя граничные частоты определяются из соотношения для коэффициента частотных искажений:
на нижней частоте ;
и верхней частоте .
Обычно выбирается , тогда и ,
где
Ск – емкость коллекторного перехода.
Заключение.
6.1. 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]
6.2. 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)

Рис. 1 Усилитель с общим эмиттером.
7.0 Методические указания.
7.1. По п. «Задача работы».
Различают по конструктивному выполнению биполярные транзисторы p-n-p и n-p-n типов. Включение их в электрическую цепь представлены на рис. 3 а,б (обратить внимание на полярность источника питания!).
Для определения проводимости Вашего транзистора и правильности включения его в электрическую цепь следует по справочникам [1,2] определить тип транзистора.
7.2. По п. 1.2.
Определяем h парметры транзистора методом треугольников как показано на рис. 4. Точки для треугольника выбирают на линейных участках вольт-амперных характеристик рис. 4. (Например: т.ч. 1,2,3 - для параметров h11 и h12; и т.ч. 4,5,6,7 – для параметров h21 и h22.)

Рис. 2. Выбор рабочей точки.
1257300106680
(+) (-)

(-) (+)
«а» - n-p-n «б» - p-n-p
Рис. 3. Типы транзисторов.
Рис. 4. Вольт-амперные характеристики транзисторов.
h11 = / Uкэ = const, h12 = / Iб = const;
h21 = / Uкэ = const, h22 = / Iб = const.
Пределы именения h параметров для современных биполярных транзисторов малой и средней можности:
h11 =Rб n (10 100) Ом – входное сопротивление транзистора, где n (110);
h21 = - коэффициент усиления по току; h21 = (20 1000);
- коэффициент усиления по напряжению (KU 200); – выходное сопротивление транзистора, где n (110).
7.3. По п.2.2.
Кривую допустимой мощности вы также можете нанести по справочным данныv транзистора [1,2].
7.4. По п. 2.6.
Переходные характеристики транзистора Iк = f(Iб) (см. рис. 2) строят по пересечению линии нагрузки с выходными характеристиками транзистора. Для Вашего транзистора этих пересечений будет более 3-х.
7.5. По 5.4.
Коэффициент усиления усилительного каскада с ОЭ обычно лежит в пределах до 100, но не может превышать KU 200.
7.6. По 5.8.
Усилительный каскад с ОЭ работает в линейном режиме и КПД не может превышать 50%.
8.0. Пример выполнения задания по п.6.
1) Назначение элементов схемы:
- транзистор Т – усилительный элемент;
- резисторы R1, R2 представляют собой делитель напряжения, устанавливающий потенциал базы (по постоянному току) необходимый для работы каскада в линейном режиме;
- резистор RЭ – цепь термостабилизации каскада, за счет падения напряжения на этом резисторе, превышающем напряжение на базовом переходе транзистора, уменьшает влияние изменения напряжения Uбэ0 при изменении температуры;
- RК – сопротивление нагрузки по постоянному току, служит для получения нужного потенциала на коллекторе и позволяет получить амплитуду выходного напряжения необходимой величины;
- CР1, СР2 – разделительные конденсаторы, служат для разделения (защиты) транзисторов по постоянному току;
- СЭ – служит для уменьшения нижней границы частоты усилителя и увеличения коэффициента усиления по переменному току на низких частотах;
Выбираемые номинальные значения всех элементов по справочникам, при этом берем ближайшие номинальные значения для резисторов и конденсаторов;
2) Данный тип транзистора можно применять в каскадах предварительного усиления сигналов низкой и высокой частот, т.к. верхняя граница частоты превышает МГц, а нижняя граничная частота лежит в звуковом диапазоне. Выходная мощность каскада составляет _____ мВт.
ВАРИАНТЫ
КТ313А

КТ313А – =0,1 мАКТ313Б – =0,05 мА
(при ≤ 1кОм) =50В
=350 мА=300 мВт=12 пФ

Приложенные файлы

  • docx 42049915
    Размер файла: 158 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий