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.

3. Рассчитать электрические параметры всех элементов усилителя.

Технические требования: Биполярный транзистор (общий эмиттер)

Входное сопротивление R_вх = 50 Ом

Сопротивление нагрузки R_н = 33 кОм

Напряжение источника сигналов U_c = 5 ? 10^-3 B

Напряжение источника питания Е_п = 15 В

Коэффициент усиления второго каскада не менее 90

Граничные частоты ѓ_н = 63 Гц

ѓ_в = 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 С_р1 (рис 2.) служит для передачи на вход транзистора VT1 усиливаемого переменного напряжения, а также исключает попадание на вход транзистора постоянного напряжения.

Разделительный конденсатор С_р2 осуществляет развязку каскадов. Разделительный конденсатор С_р3 осуществляет развязку 2 каскада по нагрузке. Резисторы R1, R2, R5, R6 образуют делители для получения необходимого напряжения смещения на базе транзисторов. Резистор R_э 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

U_{вых =} U_c ? K_ус;

U_{вых =} 5 ? 10^-3 ? 90 = 0,45 B.

Находим мощность, выделяемую на транзисторе VT2.

P_вых =

Для схемы с общим эмиттером коэффициент усиления по току К_ус примерно равен статическому коэффициенту передачи h _21Э.

Требования к транзистору VT2 следующие:

I _K = 0,45 (м А).

К_{ус =} h _21Э ? 90.

P_рас ? 6 ? 10^-6 Вт.

ѓ_н = 63 Гц

ѓ_в = 18000 Гц

Этим требованиям удовлетворяет биполярный транзистор КТ312В и имеет следующие характеристики: табл. 1.

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 U_кэ = 7,5В и

I _{к о} = 10,5 мА находим I _бо.

I _{бо =} 0.16 мА. U_кэ = 3,75 В и I _к = 5,5 мА находим I _б.

3 Выходная характеристика транзистора КТ312В

Находим напряжение эмиттера.

U_э = 0.2 ? Е_п U_э = 0.2 ? 15 = 3 В.

Находим напряжение коллектора.

U_к = U_э + U_кэ U_к =3+3,75 =6,75 В

Находим сопротивление эмиттера.

_: Ом.

Находим сопротивление коллектора.

Ом.

Находим ток делителя.

I_д = I _бо? 10 I_д = 0,16 ? 10 = 1,6 мА.

Находим напряжение базы.

U_б = U_э + 0.6: U_б = 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:

R_вх = R₅ // R₆ // h _21Э ? R_в R_{вх = ()} // 90 ? 545 = = 1652,3 Ом

R_вх = 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 С_4.

4,6 мкФ.

3. Расчет двухкаскадного усилителя

Аналогично производим расчет первого каскада усилителя. R_н принимаем входное сопротивление второго каскада R_вх2

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

U_{вых =} U_c ? K_ус; U_{вых =} 5?10^-3 ? 90 = 0,45 B.

Находим мощность, выделяемую на транзисторе VT2.

P_вых =

Находим напряжение эмиттера.

U_э = 0.2 ? Е_п U_э = 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 U_кэ = 15 В и

I _{к о} = 9 мА находим I _бо.

I _{бо =} 0.1мА. U_кэ = 3,75 В и I _к = 4,5 мА

Находим напряжение коллектора.

U_к = U_э + U_кэ U_к = 3+3,75 =6,75 В

Находим сопротивление эмиттера.

_: Ом

Находим сопротивление коллектора.

Ом.

Находим ток делителя.

I_д = I _бо? 10 I_д = 0,10 ? 10 = 1 мА.

Находим напряжение базы.

U_б = U_э + 0.6: U_б = 3 + 0,6 = 3,6 В.

Находим величины сопротивлений R₁, R₂:

Ом = 11,4 кОм

R₂ = Ом = 3,6 кОм Находим входное сопротивление

1-го каскада:

R_вх = R₁ // R₂ // h _21Э ?R_э R_{вх = ()} // 90 ? 666 = 2616,5 Ом

R_вх = 2,5 кОм.

Находим величину разделительной емкости С₁.

мкФ

Приводим все рассчитанные значения элементов к значениям из шести стандартных рядов.

Табл. 2.1

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.

2. Справочник. Транзисторы. Под ред. Б.Л. Перельмана. Москва «Радио и связь» 1982 г.

3. А.В. Цыкина. Электронные усилители. Москва «Радио и связь» 1982 г.