Расчет каскада усилителя напряжения низкой частоты с реостатно-емкостной связью

 

Последовательность расчета приводится для транзистора, включенного по схеме с ОЭ. На рис.1 дана схема каскада усилителя.

Исходные данные: 1) напряжение на выходе каскада U_вых.max (напряжение на нагрузке); 2) сопротивление нагрузки R_н;) 3) нижняя граничная частота f_н; 4) допустимое значение коэффициента частотных искажений каскада в области нижних частот М_н; 5) напряжение источника питания Е_пит.

Примечание. Считать, что каскад работает в стационарных условиях (Т_min=+15 °C; Т_max=-15 °C). При расчете влиянием температуры на режим транзистора пренебрегаем.

Определить: 1) тип транзистора; 2) режим работы выбранного транзистора; 3) сопротивление коллекторной нагрузки R_к; 4) сопротивление в цепи эмиттера R_э; 5) сопротивления делителя напряжения R₁ и R₂, стабилизирующие режим работы транзистора; 6) емкость разделительного конденсатора С_р; 7) емкость конденсатора в цепи эмиттера С_э; 8) коэффициент усиления каскада по напряжению.

Порядок расчета: 1. Выбираем тип транзистора, руководствуясь следующими соображениями: а) U_{кэ доп}³(1,1-1,3)Е_пит, U_{кэ доп} – наибольшее допустимое напряжение между коллектором и эмиттером, приводится в справочниках; б) I_кдоп>2I_нm=2U_выхm/R_н, где I_кдоп – наибольший допустимый ток коллектора, приводится в справочниках; I_нm – наибольшая возможная амплитуда тока нагрузки.

Примечание: а. Заданному диапазону температур удовлетворяет любой транзистор.

б. Для выбранного типа транзистора выписать из справочника значения коэффициентов усиления по току для ОЭ b_min и b_max (или h_21min и h_21max). В некоторых справочниках дается коэффициент усиления a по току для схемы ОБ и начальный ток коллектора I_кн. Тогда b=a/(1-a) (при выборе режима работы транзистора необходимо выполнить условие I_kmin³I_кн).

в. для каскадов усилителей напряжения обычно применяют маломощные транзисторы типа ГТ-108, ГТ-109, МП20, МП21, МП25, МП40, МП41, МП42, МП111, МП113 и др. выбор конкретного типа транзистора производится по справочной литературе.

2. Режим работы транзистора определяем по нагрузочной прямой, построенной на семействе входных статических (коллекторных) характеристик для ОЭ. Построение нагрузочной прямой показано на рис.4. Нагрузочная прямая строится по двум точкам: 0 – точка покоя (рабочая) и 1, определяемая значением напряжения питания Е_пит. Координатами 0 являются ток покоя I_к0 и напряжения покоя U_к0 (т.е. ток и напряжение, соответствующие U_вх=0). Можно принять I_к0=(1,05-1,2)I_вых»(1,05-1,2)I_нm. Напряжение покоя: U_кэ0=U_выхm+DU_кэ, где DU_кэ – напряжение на коллекторе, соответствующее области нелинейных начальных участков выходных характеристик транзистора. Для маломощных транзисторов можно принять DU_кэ=0,5-1,0 В.

Рисунок 4

3. Определяем значения сопротивлений R_к и R_э. По выходным характеристикам определяем R_об=R_к+R_э. Общее сопротивление в цепи эмиттер-коллектор

R_об=Е_пит/I,

где I – ток, определяемый точкой 4, т.е. точкой пересечения нагрузочной прямой с осью токов.

Принимая R_э=(0,15-0,25)R_к, получаем: R_к=R_об/(1,15-1,25); R_э=R_об-R_к.

4. определяем наибольшие амплитудные значения входного сигнала тока I_вхm и напряжения U_вхm, необходимые для обеспечения заданного значения U_выхm. Задавшись наименьшим значением коэффициента усиления транзистора по току b_min, получаем

I_вхm= I_бm= I_кm/b_min,

причем ток I_вхm не должен превышать значения (I_бmax- I_бmin)/2, где для маломощных транзисторов I_бmax»1-2 мА, I_бmin»0,05 мА.

По входной статической характеристике для схем ОЭ (рис.5) и найденным значениям I_бmax и I_бmin находят значение 2U_вхm.

5. Определяем входное сопротивление R_вх каскада переменному току (без учета делителя напряжения R₁ и R₂):

R_вх~=2U_вхm/2I_вхm»2U_вхm/2I_бm.

6. Рассчитываем сопротивления делителя R₁ и R₂. Для уменьшения шунтирующего действия делителя на входную цепь каскада по переменному току принимают R_1‑2³(8‑12)R_вх~, где R_1‑2=R₁R₂/(R₁+R₂). Тогда

R₁=E_питR_1-2/R_эI_э= E_питR_1-2/R_эI_к0;

R₂=R₁R_1-2/(R₁-R_1-2).

7. Коэффициент нестабильности работы каскада

,

где b_max – наибольший возможный коэффициент усиления по току выбранного транзистора.

 

Рисунок 5

Для нормальной работы каскада коэффициент нестабильности не должен превышать нескольких единиц.

8. Определяем емкость разделительного конденсатора С_р:

R_вых=R_{вых т}R_н/(R_{вых т}+R_к)+R_н,

где R_{вых т} – выходное сопротивление транзистора, определяемое по выходным статическим характеристикам для схемы ОЭ. В большинстве случаев R_{вых т}»R_к, поэтому можно принять R_вых≈R_к+R_н.

9. Находим емкость конденсатора С_э≥10/2πf_нR_э.

10. Рассчитываем коэффициент усиления каскада по напряжению:

К_u=U_выхm/U_вхm.

Примечание: приведенный порядок расчета не учитывает требований на стабильность работы каскада.

При анализе транзисторных усилителей широкое распространение получили h‑параметры. Электрическое состояние транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером, характеризуется четырьмя величинами: I_б, U_бэ, I_к, U_кэ. Из практических соображений удобно выбирать в качестве независимых значений U_кэ и I_б, тогда

U_бэ=f₁(I_б, U_кэ) и I_к= f₂(I_б, U_кэ).

В усилительных схемах входным и выходным сигналами являются приращения входных и выходных напряжений и токов. В пределах линейной части характеристик для приращений ΔU_бэ и ΔI_к справедливы равенства

ΔU_бэ=h₁₁ ΔI_б+h₁₂ ΔU_кэ,

ΔI_к= h₂₁ ΔI_б+h₂₂ ΔU_кэ, (1)

где h-параметры – соответствующие частные производные, которые легко можно найти по семейству входных и выходных характеристик транзистора, включенного по схеме ОЭ:

h₁₁=ΔU_бэ/ΔI_б, при U_кэ=const (ΔU_кэ=0);

h₁₂=ΔU_бэ/ ΔU_кэ, при I_б=const (ΔI_б=0);

h₂₁=ΔI_к/ΔI_к, при U_кэ=const (ΔU_кэ=0);

h₂₂= ΔI_к/ ΔU_кэ, при I_б=const (ΔI_б=0).

Значение h₁₁ представляет собой входное сопротивление транзистора. Безразмерный параметр h₁₂ является коэффициентом обратной связи по напряжению. Как показывает анализ схем на транзисторах, значение h₁₂=0,002-0,0002, поэтому при практических расчетах его можно полагать равным нулю. h₂₁ – безразмерный коэффициент передачи по току, характеризующий усилительные свойства (по току) транзистора при постоянном напряжении на коллекторе; h₂₂ характеризует выходную проводимость транзистора при постоянном токе базы; h-параметры хорошо описывают работу транзистора в области низких и средних частот.

В соответствии с уравнениями (1) на рис.6 изображена схема замещения транзистора для переменных составляющих токов и напряжений при h₁₂=0.

Рисунок 6

Для расчета параметров усилителя необходимо определить h-параметры вблизи рабочей точки по семействам соответствующих характеристик. При этом коэффициент усиления усилителя по напряжению в режиме холостого хода

а при нагрузке (R_н)

Входное сопротивление усилителя R_вх≈h₁₁, а выходное сопротивление - R_вых≈R_н.

 

Таблица 2

Вариант	Данные для расчета
Uвыхm, В	Rн, Ом	fн, Гц	Eпит­, В	Мн
	3,0				1,20
	2,0				1,20
	1,0				1,25
	5,0				1,30
	8,0				1,30
	2,4				1,25
	3,4				1,25
	1,6				1,20
	4,0				1,20
	2,2				1,40
	3,4				1,40
	1,5				1,30
	1,7				1,30
	1,8				1,30
	2,0				1,20
	2,1				1,20
	2,3				1,20
	2,5				1,40
	2,7				1,40
	2,8				1,40
	3,0				1,35
	3,1				1,35
	3,2				1,25
	3,5				1,25
	3,6				1,20
	1,8				1,30
	3,0				1,20
	4,0				1,30
	5,0				1,30
	6,5				1,25
	2,5				1,25
	4,5				1,40
	5,0				1,50
	5,0				1,50
	6,0				1,40
	6,0				1,40
	5,5				1,30
	4,0				1,20
	4,0				1,25
	2,5				1,25
	3,0				1,40
	2,0				1,30
	2,5				1,30
	3,5				1,20
	4,5				1,20
	5,0				1,35
	3,0				1,40
	4,0				1,40
	2,0				1,30
	3,0				1,30
	6,0				1,20

 

⇐ Предыдущая12

Поделиться:

Читайте также:

I. Расчет теплового баланса здания в зимнем режиме эксплуатации
II. Заполнение титульного листа Расчета
II. Расчет системы отопления
III. РАСЧЕТ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ДОХОДНОСТИ АКЦИЙ
III. Расчет системы вентиляции.
n - коэффициент подключения входной цепи следующего каскада к контуру УРЧ.
V2: Внутренние силы и напряжения
V2: Крутящий момент. Деформации и напряжения
V2: Напряжения в поперечном сечении балки
V2: Продольная сила. Напряжения и деформации

Воспользуйтесь поиском по сайту: