Расчет всех элементов двухкаскадного усилителя с заданными техническими характеристиками
Введение
Одна из основных функций,
реализуемых аналоговыми устройствами, это усиление.
УУ называется устройство,
предназначенное для повышения (усиления) мощности входного сигнала. Усиление
происходит с помощью активных элементов за счет потребления мощности от
источника питания. В УУ входной сигнал лишь управляет передачей энергии
источника питания в нагрузку.
В качестве активных элементов чаще
всего применяются транзисторы, такие УУ принято называть полупроводниковыми,
или транзисторными.
УУ принято классифицировать по ряду
признаков:
► по характеру усиливаемых
сигналов - УУ непрерывных (гармонических) и УУ импульсных сигналов;
► по диапазону
рабочих частот - УУ постоянного тока (=0 Гц) и УУ переменного
тока. В свою очередь, УУ переменного тока в учебной литературе (и в данном
пособии) подразделяются на:
¨ усилители звуковых
частот (от 20 до 20000 Гц) или низкочастотные усилители;
¨ усилители высоких
частот (ВЧ) (
до 300 МГц);
¨ усилители сверхвысоких
частот (СВЧ) (
› 300 МГц).
Кроме того, УУ ВЧ и СВЧ
диапазонов подразделяются на:
· узкополосные (,
);
где -
средняя частота рабочего диапазона УУ;
·широкополосные ().
► импульсные
усилители классифицируются по длительности усиливаемых импульсов на микро-,
нано- и пикосекундные;
► по типу активных
элементов УУ подразделяются на ламповые, транзисторные, квантовые и др.;
►по
функциональному назначению УУ подразделяются на усилители напряжения, тока и
мощности;
► по назначению УУ
подразделяются на измерительные, телевизионные и т.д.
Кроме рассмотренных
основных признаков УУ могут классифицироваться по ряду дополнительных признаков
- числу каскадов, типу питания, конструктивному исполнению и т.д.
Задание на курсовую
работу
усилитель электрический
схема транзистор
1. Выбрать и начертить
принципиальную электрическую схему двухкаскадного усилителя.
2. Согласно техническим
требованиям выбрать транзисторы и определить их статические режимы.
. Рассчитать электрические
параметры всех элементов усилителя.
Технические требования: Биполярный транзистор (общий эмиттер)
Входное сопротивление Rвх = 50 Ом
Сопротивление нагрузки Rн = 33 кОм
Напряжение источника сигналов Uc = 5 · 10-3 B
Напряжение источника питания Еп
= 15 В
Коэффициент усиления второго каскада
не менее 90
Граничные частоты ƒн
= 63 Гц
ƒв
= 18000 Гц
1. Выбор электрической
схемы двухкаскадного усилителя
Рис. 1 Принципиальная
электрическая схема
В качестве схемы
усилителя взята стандартная схема включения транзистора с общим эмиттером для
проводимости типа n-p-n. Усилитель по току, режим класс «А»
Разделительный
конденсатор Ср1 (рис 2.) служит для передачи на вход транзистора VT1 усиливаемого переменного напряжения, а также исключает попадание
на вход транзистора постоянного напряжения.
Разделительный
конденсатор Ср2 осуществляет развязку каскадов. Разделительный
конденсатор Ср3 осуществляет развязку 2 каскада по нагрузке.
Резисторы R1, R2, R5, R6 образуют делители для
получения необходимого напряжения смещения на базе транзисторов. Резистор Rэ и конденсатор C4
обеспечивают температурную стабилизацию работы транзистора VT2.
2. Расчет двухкаскадного
усилителя
Расчет двухкаскадного
усилителя начинаем с расчета второго каскада.
Рис. 2. Принципиальная
электрическая схема
Напряжение питания U П равно 15 В
I K
- максимальный ток в нагрузке:
I K :
В;
I K = =
0,45 м А.
Находим напряжение на
коллекторе
Находим выходное
напряжение
Uвых
= Uc · Kус;
Uвых
= 5 · 10-3 · 90 = 0,45 B.
Находим мощность,
выделяемую на транзисторе VT2.
Pвых =
Для схемы с общим эмиттером
коэффициент усиления по току Кус примерно равен статическому
коэффициенту передачи h 21Э.
Требования к транзистору VT2 следующие:
I K = 0,45 (м А).
Кус = h 21Э ≥ 90.
Pрас ≥ 6 · 10-6 Вт.
ƒн = 63 Гц
ƒв = 18000 Гц
Этим требованиям удовлетворяет
биполярный транзистор КТ312В и имеет следующие характеристики: табл. 1.
Тип прибора
|
h21э
(h21э)
|
Uкэнас
В
|
Iкбо
mkA
|
frp,
МГц, (fmах)
|
Ск, пф
|
Рк; мВт
|
I max
|
|
|
|
|
|
|
UkэRmax (Ukэоmax) [Ukэо rp], В
|
Uk6o max,
В
|
Uэбо
max, В
|
Ik max, мA
|
1к, и max,
mA
|
|
|
КТ312В
|
50…280
|
0,8
|
10
|
180
|
5
|
20
|
|
4
|
30
|
|
225
|
30
|
По данным таблицы 1. находим I к мах = 30 мА.
Берем I к равным 0,7 I к мах. I к = 21 мА.
Так как транзистор VT2 работает в режиме «А»
то за I к о берем половину I к
I к о = 10,5 мА.
По вольтамперной характеристике
транзистора КТ312В (рис. 3) при Uкэ = 7,5В и
I к о = 10,5 мА находим I бо.
I бо = 0.16 мА. Uкэ = 3,75 В и I к = 5,5 мА находим I б.
. Выходная характеристика
транзистора КТ312В.
Находим напряжение эмиттера.
Uэ = 0.2 · Еп Uэ = 0.2 · 15 = 3 В.
Находим напряжение коллектора.
Uк = Uэ + Uкэ Uк =3+3,75 =6,75 В
Находим сопротивление эмиттера.
: Ом.
Находим сопротивление
коллектора.
Ом.
Находим ток делителя.
Iд
= I
бо·
10 Iд = 0,16 · 10 = 1,6 мА.
Находим напряжение базы.
Uб
= Uэ +
0.6: Uб = 3 + 0,6 = 3,6 В.
Находим величины
сопротивлений R5, R6:
Ом
= 7,125 кОм
R6 = Ом
= 2,250 кОм
Находим входное
сопротивление 2-го каскада:
Rвх
= R5 //
R6 // h 21Э · Rв
Rвх = ()
// 90 ·
545 = =
1652,3 Ом
Rвх
= 1,6523 кОм.
Находим величины
разделительных емкостей С2 и С3
Емкость конденсатора С2
рассчитывается исходя из того, что его сопротивление по переменному току на
самой низкой частоте должно быть во много раз меньше входного сопротивления:
= 1,5
мкФ
76·10-9 мкФ = 76 нФ
Находим величину емкости С4.
4,6 мкФ.
. Расчет двухкаскадного
усилителя
Аналогично производим
расчет первого каскада усилителя. Rн
принимаем входное сопротивление второго каскада Rвх2
Рис. 5 Принципиальная
электрическая схема
Напряжение питания U П равно 15 В
I K
- максимальный ток в нагрузке:
I K :
I K =
=
0,009 =9 мА.
Находим напряжение на
коллекторе
Находим выходное
напряжение
Uвых
= Uc · Kус;
Uвых
= 5·10-3 ·
90 = 0,45 B.
Находим мощность, выделяемую
на транзисторе VT2.
Pвых =
Находим напряжение
эмиттера.
Uэ
= 0.2 · Еп Uэ = 0.2 · 15 = 3 В.
Для первого каскада
также выбираем транзистор КТ312В.
Рис. 6 Выходная характеристика
транзистора КТ312В
По вольтамперной характеристике
транзистора КТ312В (рис. 6) при Uкэ = 15 В и
I к о = 9 мА находим I бо.
I бо = 0.1мА. Uкэ = 3,75 В и I к = 4,5 мА
Находим напряжение коллектора.
Uк = Uэ + Uкэ Uк = 3+3,75
=6,75 В
Находим сопротивление эмиттера.
: Ом
Находим сопротивление
коллектора.
Ом.
Находим ток делителя.
Iд
= I
бо·
10 Iд = 0,10 · 10 = 1 мА.
Находим напряжение базы.
Uб
= Uэ +
0.6: Uб = 3 + 0,6 = 3,6 В.
Находим величины
сопротивлений R1, R2:
Ом
= 11,4 кОм
R2 = Ом
= 3,6 кОм Находим входное сопротивление
-го каскада:
Rвх
= R1 //
R2 // h 21Э ·Rэ Rвх
= ()
// 90 ·
666 = 2616,5 Ом
Rвх
= 2,5 кОм.
Находим величину
разделительной емкости С1.
мкФ
Приводим все рассчитанные значения
элементов к значениям из шести стандартных рядов.
Табл. 2.1
|
расчетное
|
по рядам
|
R1
|
11,4 кОм
|
12 кОм
|
R2
|
3,6 кОм
|
3,6 кОм
|
R3
|
1833 Ом
|
1,8 кОм
|
R4
|
666 Ом
|
700 Ом
|
R5
|
7,125 кОм
|
7,3 кОм
|
R6
|
2,250 кОм
|
2,5 кОм
|
R7
|
1500 Ом
|
1,5 кОм
|
R8
|
545 Ом
|
600 Ом
|
С1
|
9 мкФ
|
10 мкФ
|
С2
|
1,5 мкФ
|
2 мкФ
|
С3
|
76 нФ
|
80 нФ
|
С4
|
4,6 мкФ
|
5 мкФ
|
Вывод
В ходе выполнения работы был
произведен выбор принципиальной схемы, расчет всех элементов двухкаскадного
усилителя с заданными техническими характеристиками.
В качестве схемы усилителя взята
стандартная схема включения биполярного транзистора с общим эмиттером для
проводимости типа n-p-n. Усилитель по току, режим класс «А». Транзисторы кремневые
маломощные высокочастотные эпитаксильно планарные n-p-n типа усилительные КТ312В.
Разработанный двухкаскадный
усилитель соответствует заданным условиям для расчета курсовой работы.
Список литературы
1.А.С. Красько. Схематехника аналоговых электронных устройств.
Учебное пособие. ТУСУР г. Томск 2003 г.
. А.В. Цыкина. Электронные усилители. Москва «Радио и связь» 1982
г.