Расчет усилительного резистивного каскада на биполярных транзисторах (стр. 2 из 3)

6. Рабочий температурный диапазон, t⁰C.

7. Коэффициент сглаживания фильтра, q.

8. Тип проводимости биполярного транзистора (p-n-p или n-p-n).

Требования

1. Выбрать транзистор и обосновать выбор.

2. Определить значение напряжения и полярность источника питания E_К.

3. Рассчитать:

- сопротивления и мощности резисторов R_К , R_Э , R₁ , R₂ , R_Ф;

- емкости конденсаторов C₁ , C₂ , C_Э , C_Ф.

4. Определить параметры усилителя:

- коэффициент усиления по току К_I;

- коэффициент усиления по напряжению К_U ;

- коэффициент усиления по мощности К_P;

- входное сопротивление каскада R_ВХ ;

- выходное сопротивление каскада R_ВЫХ .

5. Определить коэффициент нелинейных искажений усилителя (рассчитать К_Г ).

6. Оформить принципиальную электрическую схему усилителя (ЭЗ) и перечень элементов к ней (ПЭЗ) в соответствие с ЕСКД.

Порядок расчета

Рис. 6. Схема резистивного каскада усилителя

Для выданного варианта задания рассчитать резистивный каскад усилителя (рис. 6) на биполярном транзисторе с заданным типом проводимости (p-n-p или n-p-n), включенным по схеме с общим эмиттером, имеющим эмиттерную стабилизацию точки покоя, работающем в режиме усиления класса А и имеющем сглаживающий фильтр по цепи питания элементов смещения (задания) рабочей точки.

Исходные данные приведены в таблице 1.

Тип транзистора	p-n-p
Нагрузка	250	[Ом]	Rн
Сопротивление генератора	120	[Ом]	Rг
Нижняя частота усиления	40	[Гц]	fн
Верхняя частота усиления	8200	[Гц]	fв
Минимальная температура окружающей среды	-5°	[° С]	tмин
Максимальная температура окружающей среды	+50°	[° С]	tмакс
Выходной сигнал	8	[В]	Uвых
Коэффициент сглаживания фильтра	7	q
Коэффициент частотных искажений	3	[дБ]	Мн
Коэффициент частотных искажений	4	[дБ]	Мв

1.Расчет усилительного каскада

1. Амплитудное значение U_{ВЫХ m}переменной составляющей напряжения выходного сигнала на нагрузке:

U_{ВЫХ m}=

* U_ВЫХ = ;

2. Сопротивление резистора R_К выбирается предварительно из соотношения:

R_К = (3

5)*R_Н == 1100 (Ом);

Принимаем стандартное значение R_К =1100 (Ом).

3. Определяется сопротивление нагрузки R_Н

по переменной составляющей усиливаемого сигнала:

R_Н* = R_К || R_Н =

=

4. Амплитудное значение переменной составляющей тока I_Кm через транзистор:

I_{К m} =

= ;

5. Для обеспечения выполнения требований I.1 и I.4 при работе усилителя в классе А, необходимо выполнение следующих условий:

U_{К max Э}

2,5 * U_{ВЫХ m}= 2,5*11,314=28.284 (В);

I_{К max Э}

3 *I_{К m}= 3*0,056=0,167 (А);

P_{К max Э}

6,25 * U_ВЫХm* I_{К m}= 6,25*11,314*0,056=3,927 (Вт) , где

U_{К max Э} =28,284 (В), I_{К max Э}=0,167 (А), P_{К max Э}=3,927 (Вт)–

максимальные значения напряжения, тока и мощности, которые должен обеспечивать транзистор VT.

6. Выбор транзистора VT должен производиться с учетом коэффициента нагрузки (70%) по названным выше параметрам, поэтому транзистор VT выбирается по следующим критериям:

= ;

= ;

= .

U_{К Э max}= 40,406 (В)

I_{К max}= 0,238 (А)

P_{К max}= 7,855 (Вт)

На основании полученных данных выбираем транзистор для максимальной температуры из указанного диапазона. Транзистор КТ820А наиболее подходит, по характеристикам полученных данных.

U_{К Э max}= 50 (В),

I_К max= 0,5 (А),

P_{К max}= 10 (Вт),

h _21Э ( β ) = 40.

Проведем проверку выполнения условия:

M_в=10^0,05*4 =1,585

= =6669 (Гц),

где

- верхняя предельная частота транзистора (минимальное ее значение).

7. На выходных характеристиках I_К = f (U_{К Э} ) транзистора строится линия нагрузки по двум точкам:

I_К = 0; U_КЭ = E_К = U_{К max Э} = 28,284(В)(режим холостого хода);

U_К = 0; I_К = I_{К max Э} = 0,167(А)(режим короткого замыкания);

8. Выбор точки П покоя (при работе усилителя в режиме класса А) производиться в середине отрезка АВ. Перпендикуляры, опущенные на оси U_{К Э} и I_К из точки П, дадут значения I_{К П} = 0,084 (А) и U_{К Э П} = 14,142 (В), одновременно определяется и значение I_{Б П}=0,002 (А).

9. На входных

ВАХ - I_Б = f (U_{Б Э} ) при I_Б = I_БП =0,002(А) и U_{К Э}

0, определяется U_{Б Э П} = 0,64 (В)

10. Сопротивления резисторов в цепях коллектора R_К и эмиттера R_Э вычисляются исходя из того, что:

= ,

при этом следует учесть рекомендацию:

R_K=(5ч7)*R_Э; R_Э=22 (Ом), R_K=150 (Ом)

11. Из анализа схемы усилителя, можно получить соотношения для расчета сопротивлений резисторов R₁, R₂ и R_Ф;

где:

U_БП=U_БЭП+U_ЭП=U_БЭП+I_ЭП·R_Э=0,64+0,084*22=2,477 (В);

I_ЭП=I_КП=0,084 (А);

U_Ф=(0,1ч0,2)E_К=0,15*28,284=4,243 (В);

I_Д - ток делителя:

I_Д =(5ч10)I_БП =10*0,002=0,02 (А)

r_ВХ - входное сопротивление транзистора по переменному току;

r_ВХ=

;

∆U_БЭ=0,06(В) и ∆I_Б=0,0005(А) - определяются по входной характеристике.

При определении r_ВХ по входным характеристикам транзистора приращения ∆U и ∆I находят на участке ВАХ I_Б= f (U_БЭ) при U_КЭ≠0, прилегающим к точке покоя П (в окрестности точки покоя П).

Для проверки правильности расчетов вычисляют значение эквивалентного сопротивления R_ЭКВ в цепи базы транзистора:

= =310 (Ом)

Необходимо, чтобы выполнялось условие:

R_ЭКВ=(2ч5)·r_ВХ.;

R_ЭКВ=2,58* r_ВХ =2,58*120= 310 (Ом)

12. Емкость конденсатора С_Э рассчитывается исходя из того, что для нижней частоты f _Н полосы пропускания X_СЭ≈0,1R_Э, откуда:

= =2000 мкФ

13. Входное сопротивление усилительного каскада определяется:

=

14. Ёмкости конденсаторов С₁ и С₂ определяются:

=

=

15. Ёмкость конденсатора С_Ф выбирают такой, чтобы на частоте f =50Гц промышленной сети выполнялось условие:

X_СФ<<R_Ф.

Можно принять, что X_СФ=0,1R_Ф, тогда

откуда =