Расчет усилителя на биполярном транзисторе

Цель расчетно-графической работы: согласно заданных исходных данных выбрать транзистор и рассчитать параметры элементов схемы. Определить коэффициент усиления по напряжению и КПД.

 

Усилитель – устройство, увеличивающее мощность (напряжение, силу тока) входного сигнала за счет энергии внешних источников питания посредством усилительных элементов (полупроводниковых приборов, электронных ламп и др.).

Основными элементами усилителя являются усилительный элемент, функцию которого выполняет биполярный транзистор, полевой транзистор или электронная лампа, и резистор. Совместно с напряжением питания U_п эти элементы образуют входную цепь. Усиливаемый сигнал U_вх подается на вход усилительного элемента. Усиленный сигнал U_вых снимается с выхода усилительного элемента. Он создается в результате изменения сопротивления усилительного элемента и, следовательно, тока в выходной цепи под воздействием входного напряжения.

 

Исходные данные:

 

U_п = 8 В

U_вых = 3 В

R_н = 500 Ом

f_н = 1000 Гц

S = 5-коэффициент

нестабильности

 

U_п – напряжение источника питания;

VT, R_к – усилительный элемент;

С_р – разделительный конденсатор – пропускает в цепь нагрузки переменную составляющую и задерживает постоянную;

R ₁, R ₂ – резисторы используемые для задания режима покоя: обеспечивают исходное напряжение на базе U_бэп относительно + U_п;

R_э – элемент отрицательной обратной связи, предназначенный для стабилизации режима покоя при изменении температуры;

С_э – конденсатор, который шунтирует резистор R_э по переменному току, исключая проявление отрицательной обратной связи по переменным составляющим.

 

Выбрать транзистор VТ, рассчитать параметры элементов схемыи коэффициент полезного действия η.

 

1. Выбор транзистора:

 

Выбираем транзистор из условий:

 

U_кэ.max ≥ (1,1 ÷ 1,3)∙ U_п = 1,2∙8 = 9,6 B

А = 12 мА

f_г > 10∙ f_н = 10∙1000 = 10000 Гц = 10 кГц,

 

где U_кэ.max – максимально-допустимое напряжение коллектор-эмиттер; U_п – напряжение питания; I_к.max – максимально-допустимый ток коллектора; I_н – ток нагрузки; U_вых – выходное напряжение; R_н – сопротивление нагрузки; f_н – номинальная частота работы усилителя; f_г – граничная частота работы транзистора (справочные данные).

 

По справочнику принимаем транзистор МП13Б p-n-p типа.

 

U_кэ.max = 15 В > 9,6 B;

I_к.max = 20 мА > 12 мА;

f_г = 1000 кГц > 10 кГц;

h ₂₁ = 20…60 – коэффициент передачи тока в режиме малого сигнала.

 

2. Расчёт параметров режима покоя схемы:

Режим покоя – режим работы усилителя, характеризующийся коротким замыканием на входе и холостым ходом на выходе относительно переменных составляющих входного и выходного напряжения, он определяет электрическое состояние схемы при отсутствии входного сигнала.

В режиме покоя напряжение на выходе (переменная составляющая) идеального усилителя равно нулю. Для реального усилителя оно состоит из напряжения шумов и напряжения дрейфа.

Энергетической характеристикой усилителя является потребляемый ток в режиме покоя I_п – ток (токи), потребляемый усилителем от источника питания в режиме покоя.

 

а) Расчёт тока покоя коллектора транзистора:

 

I_кп = I_н + I_{к. min},

где I_{к. min} – минимальный ток коллектора.

A = 6 мА

I_к.min = (0,05 ÷ 0,2)∙ I_н = 0,2∙0,006 = 0,0012 A = 1,2 мА

I_кп = I_н + I_к.min = 0,006 + 0,0012 = 0,0072 A = 7,2 мА

 

б) Расчёт тока покоя базы транзистора:

 

A = 0,18 мА,

где - средневзвешенный коэффициент передачи тока

 

в) Расчёт тока покоя эмиттера транзистора:

 

I_эп = I_кп + I_бп = 0,0072 + 0,00018 = 0,00738 A = 7,38 мА

 

г) Расчёт напряжения коллектор-эмиттер покоя U_кэп транзистора:

 

U_кэп = U_вых + (0,5 ÷ 1) = 3 + 0,5 =3,5 B

 

3. Расчёт сопротивления цепи эмиттера:

 

Ом

4. Расчет сопротивления цепи коллектора:

 

Ом

 

Производим перерасчет максимально-допустимого тока коллектора усилителя, с учетом выбранных резисторов:

 

A = 12 мА < 20 мA

 

5. Расчёт сопротивления цепи базы:

 

Ом

 

Сопротивление цепи базы транзистора состоит из двух сопротивлений R₁ и R₂, определим данные сопротивления:

 

Ом

 

где U_бэп – напряжение база-эмиттер покоя, которое для германиевых транзисторов составляет 0,25 В, а для кремниевых – 0,6 В.

 

Ом

 

Уточняем сопротивление цепи базы транзистора с учетом полученных сопротивлений R₁ и R₂:

 

Ом

 

Проверяем транзистор по максимально-допустимому току базы:

 

А = 1,3 мА

 

Должно выполняться условие:

 

5∙ I_бп = 0,0009 A < I_д = 0,0013 A

 

В случае если данное условие не выполняется, необходимо взять меньшие стандартные сопротивления R₁ и R₂.

 

6. Расчёт ёмкости конденсатора цепи эмиттера:

 

Ф = 15,915 ≈ 15 мкФ

 

7. Расчёт ёмкости разделительного конденсатора:

 

Ф = 2,4 мкФ

 

8. Расчёт коэффициента усиления по напряжению:

 

 

9. Расчёт коэффициента полезного действия усилителя:

 

%

 

 

 

Исходные данные для расчета усилительного каскада на биполярном транзисторе

 

Вариант	Uп, В	Rн, Ом	Uвых, В	Fн, Гц	Коэффициент нестабильности S
			3,8
			2,7
			3,5
			2,5
			4,5
			1,6
			2,2
			2,5
			4,5
			5,5
			3,5
			3,5
			3,5
			2,3

Литература: Полупроводниковые приборы: транзисторы. Справочник. Под

⇐ Предыдущая12

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: