Розробка схеми двокаскадного підсилювача з безпосереднім звязком (стр. 3 из 4)
Для забезпечення посилення транзистором разнополярного сигналу необхідно послідовно з джерелом сигналу включити в базовий ланцюг джерело постійної напруги, при цьому напруга Uбэ буде складатися з U0 - напруги зсуву і перемінного вхідного сигналу Uвх (t). Величина U0 повинна бути такий, щоб перехід база-емітер був завжди зміщений у прямому напрямку, тобто повинне виконаються умова U0 > Umвх. Напруга Uбэ буде робити коливання щодо постійної складової U0.Це викликає коливання струму бази відносно І0б.Струм І0б називають струмом зсуву. Зміна струму бази викликає зміну струму колектора і напруги на ньому, описуване рівнянням навантажувальної прямої: Uкэ = Eк - Ік Rк. Якщо вхідний сигнал відсутній, і в ланцюзі бази протікає тільки струм зсуву, то для визначення струму колектора, що відповідає струму І0б необхідно знайти крапку перетинання тієї вихідної характеристики з навантажувальної прямої, що відповідає І0б. Цій крапці будуть відповідати струм спокою колектора І0 і напруга спокою колектора U0, що будуть діяти у вихідному ланцюзі при відсутності вхідного сигналу.
При зростанні вхідного сигналу до Uвхmax струм бази зросте до Ібmax. При цьому робоча крапка з вихідного положення буде переміщатися нагору до перетинання з характеристикою, що відповідає Ібmax; струм колектора зросте до Ікmax; напруга на колекторі зменшиться до Uкmіn. При зниженні сигналу до нуля, робоча крапка повернеться в колишнє положення. Під час негативної напівхвилі сигналу струм бази зменшиться до Ібmіn і робоча крапка переміститься в крапку, що відповідає Ікmіn на навантажувальній прямій. Таким чином, при коливаннях вхідного сигналу Uвх(t) відносно U0 будуть робити коливання і струм колектора щодо струму спокою І0 і напруга колектора щодо напруги спокою U0к. При цьому позитивній напівхвилі вхідного сигналу Uвх(t) буде відповідати негативна напівхвиля вихідного сигналу Uк. Тобто схема ЗЕ інвертує вхідний сигнал. Для забезпечення однакової можливості посилення як позитивної, так і негативної напівхвиль вхідного сигналу робоча крапка на навантажувальній прямій повинна знаходиться на її середині. Режим роботи транзистора в підсилювальному каскаді характеризується струмом і напругою спокою, тобто вихідних положень робочої крапки на навантажувальній прямій. Виходячи з цього розрізняють:
1) Режим класу А: Робоча крапка знаходиться близько до середини навантажувальної прямої. При цьому транзистор однаково підсилює як позитивну, так і негативну напівхвилю сигналу. Нелінійні перекручування мінімальні.
2) Режим класу В: Робоча крапка в крайнім нижнім положенні. Підсилюються тільки позитивні напівхвилі, тому що негативні замикають перехід база-эмиттер. Це викликає великі перекручування сигналу, тому цей режим використовується в так званих двотактних каскадах, де один транзистор працює на позитивній напівхвилі, а іншої на негативній. Перевагою цього режиму є висока економічність у порівнянні з режимом А.
3) Режим класу АВ: Робоча крапка знаходиться в проміжку між положеннями, що відповідають режимам А и В. Відбувається посилення всієї позитивної і частини негативної напівхвилі. Застосовується в двотактних каскадах і дозволяє значно знизити коефіцієнт гармонік.
4) Режим класу С: У цьому режимі на базу транзистора подається зворотний зсув. При цьому підсилюються тільки частини позитивних напівхвиль, що перевершують напругу зсуву. Режим застосовується, коли не пред'являються вимоги до обмеження перекручувань, і має високу економічність. Робоча крапка знаходиться в положенні, що відповідає режимові В.
5) Режим класу D: У цьому режимі робоча крапка на навантажувальній прямій може знаходиться тільки в двох положеннях: або в крайньому лівому, або в крайньому нижньому. Перехід з одного положення в інше здійснюється дуже швидко. Застосовується в імпульсних і перемикаючих схемах.
Для забезпечення того або іншого режиму необхідно забезпечити обране положення робочої крапки на навантажувальній прямій, що здійснюється за рахунок вибору відповідного струму і напруги зсуву в ланцюзі бази. Для режиму В зсуви не потрібні.
У підсилювачах електричних сигналів зв'язку між каскадами, з навантаженням, із джерелом живлення можуть здійснюватися різними способами. У підсилювачах постійного струму, у яких нижня гранична частота дорівнює нулеві, цей зв'язок повинний бути безпосередньої (гальванічної) - пропускати як сигнали змімінного, так і постійного струму. У підсилювачах змінного струму зв'язок може здійснюватися за допомогою трансформаторів і емностей. Розглянемо підсилювач постійного струму на транзисторі, включеному за схемою ЗЕ з ємнісним зв'язком між джерелом сигналу і входом підсилювача і між виходом і навантаженням (рис.5)
На рис.5:
Rк - колекторний опір транзистора, на якому виділяється вихідний посилений сигнал;
R1 і R2 - дільник, що забезпечує фіксовану напругу зсуву бази;
Rэ - здійснює температурну стабілізацію транзистора негативним зворотним зв'язком (знз) по постійному струмі;
Сэ - шунтуюча ємність, що запобігає ЗНЗ по змінному посилюваному сигналу;
Ср1 - розділова ємність, що розділяє ланцюг джерела сигналу і вхідний ланцюг транзистора за постійним струмом, і здійснюючий їхній зв'язок по змінному сигналу;
Ср2 - розділова ємність, що розділяє вихідний ланцюг транзистора і навантаження по постійному струму, і здійснює їхній зв'язок по змінному.
Рис. 5
Як відомо, транзистор має три виводи, але тільки один з них виявляється загальним для входу і виходу. Таким чином, загальною точкою може бути один із трьох електродів: эмиттер, база, колектор. У даній курсовій роботі вихідний і вихідний каскад включені за схемою з загальним емітером.
2. Розрахунок підсилювача
2.1 Розрахунок режиму роботи транзистора другого каскаду по постійному струму і вибір пасивних елементів схеми: резисторів, конденсаторів
Параметри заданого транзистора приведені в таблиці 2.
Таблиця 2.
| Наименування | Позначення | Значення | |
| Мінімальне | Максимальне | ||
| Максимальнаа напруга коллектор-эмиттер, В | UКЭmax | 20 | |
| Максимальний струм коллектора, мА | IКmax | 500 | |
| Коэффіцієнт передачи струму | h21Э | 40 | 120 |
| Гранична частота, МГц | fa | 200 | |
| Зворотній струм коллектора, мкА | IКБО | 30 | |
| Емність коллекторного перехода,пФ | СК | 30 | |
| Максимальна розсіювана потужність колектора, мВт | Рmax | 250 | |
| Диапазон робочої температури, ОС | Т | -30 | +60 |
Розрахунок почнемо з вибору струму спокою біполярного транзистора ІK0. Тому що каскад працює в режимі А, тоді струм колектора вибирається зі співвідношення:
Iк0=
(1)На рис. 1 Додатку 1 приведене сімейство вихідних характеристик транзистора.
Визначимо положення робочої крапки на вихідній характеристиці обраного транзистора, з огляду на, що він працює в режимі А.
=0.007 (A) (2)Так як транзистор працює в режимі А, то UКО = ЕП / 2= 10 / 2 = 5 В.
Приймемо UКО = 5 В.
Струм спокою бази транзистора визначається зі співвідношення:
= 
= 175 (мкА) (3)По двум точкам (IКО, UКО) = (0,007 А, 5 В) и (0, ЕП) = (0, 10В) на сімействі вихідних характеристик побудуємо нагрузочную прямую.
Робочу точку візьмемо при струмі колектора 3,5 мА, напруга колектор – емитер 7 В.
Дільник напруги на резисторах RК1RVT1RЭ1 повинний забезпечувати розрахункове значення струму бази. Для цього повинно виконуватися умова
Ід≥3∙ Іб=3∙175=525 (мкА) =0,5 (мА) (4)
тоді номінальні значення RK1 і Rе1 можна визначити з умови
(5)де UБ вибираєтся з умови UБ = UБЕ + UЕ – для маломощных германієвих транзисторів UБЭ = 0,35…0,5 В.
Для підсилювального каскаду UE за звичай вибирають у межах (0,1…0,3)ЕП.
0,1∙10=1 (В) (6)UБ = UБЕ + UЕ =0,35+1=1,35 (В) (7)
= 
= 2700 (Ом) (8) 
(9)Струм, що проходить через резистор RЕ2, визначається сумою колекторного і базового струмів
(10)тоді номінальне значення RЕ2 можна визначити за формулі
(11)Загальний опір каскаду, по якому протікає колекторний струм, дорівнює
звідси 
(12)Розрахунок другого каскаду за зміннім струмом, що складається з визначення коефіцієнта підсилення, вхідного і вихідного опору каскаду.
коефіцієнт підсилення за напругою
= 
(13)