ВхідРозрахунок транзисторного підсилювача зі зворотним зв'язком. Розрахунок підсилювача з загальним емітером
АНАЛІТИЧНИЙ ОГЛЯД
Підсилювачі низької частоти засновані на біполярних і польових транзисторах в дискретному або інтегральному ісполненіі.В як джерело вхідного сигналу в підсилювачах низької частоти може входити будь-який сигнал (датчик, попередній підсилювач, мікрофон і ін.) Більшість з джерел вхідного сигналу розвивають дуже низька напруга. Подавати його безпосередньо на каскад посилення потужності втрачає сенс, т. К. При слабкому управляючому напрузі неможливо отримати значних змін вихідного струму, а отже, вихідної потужності. До складу структурної схеми підсилювача, крім вихідного каскаду, що віддає необхідну потужність, входять і каскади попереднього підсилення.
Ці каскади прийнято класифікувати за характером опору навантаження в вихідний ланцюга транзистора. Найбільше застосування отримали резистивні підсилювальні каскади, опором навантаження яких служить резистор. Як навантаження транзистора може бути використаний і трансформатор. Такі каскади називають трансформаторними.
У каскадах попереднього посилення на біполярних транзисторах частіше інших використовується схема з загальним емітером, яка має високий коефіцієнт посилення по напрузі і потужності, порівняно великим вхідним опором і допускає використання одного загального джерела живлення для ланцюгів емітера і колектора.
Найпростіша схема резистивного підсилювального каскаду з загальним емітером і живленням від одного джерела показана на малюнку 1.
Малюнок 1 - Найпростіша схема резистивного підсилювального каскаду
Дана схема має назву схеми з фіксованим базовим струмом. Зсув фіксованим струмом бази відрізняється мінімальним числом деталей і малим споживанням струму від джерела живлення. Крім того, порівняно великий опір резистора R б практично не впливає на величину вхідного опору каскаду. Однак цей спосіб усунення придатний лише тоді, коли каскад працює при малих коливаннях температури транзистора. Крім того, великий розкид і нестабільність параметрівb навіть у однотипних транзисторів роблять режим роботи каскаду нестійким при зміні транзистора, а також з плином часу.
Більш ефективною є схема з фіксованою напругою зміщення на базі, представлена \u200b\u200bна малюнку 2.
Малюнок 2 - Схема з подільником напруги
У цій схемі резистори і підключені паралельно джерелу харчування Е до, утворюючи тим самим дільник напруги. Дільник, утворений резисторами і повинен володіти досить великим опором, в іншому випадку вхідний опір каскаду виявиться малим.
При побудові схем транзисторних підсилювачів необхідно вживати заходів для стабілізації становища робочої точки на характеристиках. Причина, по якій доводиться вдатися до даних заходів є вплив температури. Є кілька варіантів так званої термостабілізації режимів роботи транзисторних каскадів. Найбільш поширені з варіантів представлені на малюнках 3,4,5.
У схемі (див. Малюнок 3) терморезистор з негативним температурним коефіцієнтом опору включений в базову ланцюг таким чином, що при підвищенні температури відбувається зменшення негативного напруги на базі за рахунок зменшення опору терморезистора. При цьому відбувається зменшення струму бази, а отже, і струму колектора.
Малюнок 3 - Схема з терморезистором
Одна з можливих схем термостабілізації за допомогою напівпровідникового діода показана на малюнку 4.
Малюнок 4 - Схема термостабілізації за допомогою напівпровідникового діода
У цій схемі діод включений у зворотному напрямку, а температурна характеристика зворотного струму діода повинна бути аналогічна температурної характеристиці зворотного струму колектора транзистора. При зміні транзистора стабільність погіршується через розкиду величини зворотного струму колектора.
Найбільшого поширення набула схема термостабілізації режиму, показана на малюнку 5.
Малюнок 5 - Схема з ланцюгом емітерний стабілізації RеСе
У цій схему назустріч фіксованому прямому напрузі усунення, що знімається з резистора включено напруга, що виникає на резисторі R е при проходженні через нього струму емітера. Нехай, наприклад, при збільшенні температури постійна складова колекторного струму зросте. Збільшення струму колектора призведе до збільшення струму емітера і падіння напруги на резисторі R е . В результаті напруга між емітером і базою зменшитися, що призведе до зменшення струму бази, а отже, струму колектора. У більшості випадків резистор R е шунтируется конденсатором великої ємності. Це робиться для відводу змінної складової струму емітера від резистора R е.
3 СКЛАДАННЯ структурних схем
Для проектованого підсилювача доцільно застосувати схему, що включає в себе дільник напруги, розділові ємнісні елементи (конденсатори).
Дільник напруги призначений для зміщення напруги на базі. Дільник складається з опорів R б1і R б2. опір R б1підключається до позитивного контакту джерела постійної напруги Ек паралельно колекторного опору R до, а R б2між гілкою бази і негативним контактом джерела постійної напруги Ек.
Розділові конденсатори служать для відсікання постійної складової сигналу по струму (тобто. Функція цих елементів не пропускати постійний струм). Знаходяться вони між каскадами підсилювача, між джерелом сигналу і каскадами, а також між останнім каскадом підсилювача і навантаженням (споживачем посиленого сигналу).
Крім цього використовуються конденсатори в ланцюзі емітерной стабілізації. Підключаються паралельно емітерной опору Rе.
Служать для відводу змінної складової сигналу від опору емітера.
Принцип дії двухкаскадногоусілітеля представлений на малюнку 6.
Малюнок 6 структурна схема двокаскадного підсилювача
Від джерела сигналу на перший каскад підсилювача подається слабкий сигнал, який посилюється на транзисторі за рахунок постійної напруги харчування, одержуваного від джерела живлення. Далі вже в кілька разів посилений сигнал потрапляє на вхід другого каскаду, де
Також посредствам напруги харчування посилюється до потрібного рівня сигналу, після чого передається до споживача (в даному випадку-навантаженні).
завдання:
Розробити схему попереднього підсилювача напруги низької частоти середньої потужності з заданими параметрами:
Амплітудне значення напруги на виході підсилювача U вих \u003d 6 В;
Амплітудне значення сигналу джерела Uвх \u003d 0,15 В;
Напруга джерела постійної напруги в ланцюзі колектораЕк \u003d 20 В;
Опір в ланцюзі навантаження підсилювача Rн \u003d 3,3 кОм;
Діапазон підсилюються частот F н F в \u003d 20 Гц - 20000 Гц;
Коефіцієнт частотних спотворень М в \u003d 1,18;
Внутрішнє опору джерела сигналу Rи \u003d 130 Ом.
Визначимо максимальне напруга колектор - емітер Uке, має задовольняти умові:
Uкемах ≥ 1,2 × Ек.
Uкемах ≥ 1,2 × 20 \u003d 24 В.
за умовами підходить транзисторГТ 404А (Додаток А)
h 21е \u003d 30 ÷ 80
Малюнок 7 - Схема транзисторного підсилювального каскаду з загальним емітером
4 РОЗРАХУНОК транзисторних підсилювачів
4.1 Перший каскад.
4.1.1Расчет підсилювача по постійному струму
При розрахунку підсилювача використовуємо графоаналітичний метод розрахунку.
Перше: вибираємо робочу точку транзистора на вхідний вольт - амперної характеристики ВАХ (див. Додаток А). З точки на гілки Uбеп проведемо перпендикуляр до перетину з графіком вхідної кривої. Ця точка бути точкою спокою бази. Опускаючи з неї перпендикуляр до осі Іб, знайдемо постійний струм бази Iбп, мА
На осі напруги Uбе визначимо мінімальну Uбе хв і максимальне Uбе макс значення напруги, відклавши в обидві сторони відрізки рівні Umвх. Від отриманих значень проведемо перпендикуляри до перетину з кривою графіка, а від точок перетину з графіком-до осі струму бази Іб.
На графіку сімейства вихідних характеристик визначимо положення робочої точки, провівши з точки Iкп на осі Ік горизонтальну пряму до перетину з деякою гілкою з сімейства струмів бази (див. Додаток Б). Це буде точкою спокою П колекторної ланцюга. Опустимо перпендикуляр на вісь напруг Uкеп, де отримаємо точку спокою робочої напруги.
Побудуємо статичну навантажувальну пряму по двох точках, одна з яких є П, а друга на осі Uке рівна Ек. Побудувавши навантажувальну пряму, при її перетині з віссю колекторного струму, отримують точка Iкз - це фіктивна точка, яка має сенс струму протікав би при короткозамкненим транзисторі (перемичці).
Розрахунок опорів резисторів R б1 і R б2 (Ом) подільника напруги
Струм дільника виберемо в межах (8 ÷ 10) :
4.1.2 Динамічний розрахунок каскаду.
Розрахуємо коефіцієнт посилення по напрузі за формулою:
Першим кроком на цьому етапі необхідно привести напруга джерела сигналу і його внутрішній опір «до входу» першого каскаду, тобто знайти еквівалентні напруження і опір діючі на базі першого транзистора. Для цього знайдемо величину паралельного опору базової ланцюга змінної складової вхідного струму R б за формулою:
Паралельно опору Rб буде підключено вхідний опір по змінному струмі (динамічне) транзистора, яке визначається по вхідний ВАХ, як відношення збільшень вхідного напруги до струму, тобто .:
Динамічні вхідні струми:
Так як опір в колекторної ланцюга змінилося за змінним сигналом, необхідно перерахувати і побудувати динамічну навантажувальну пряму, яка пролягатиме по двох точках на вихідний характеристиці (додаток А).
Реально навантажувальний динамічний діапазон, як випливає з додатку А, буде находітьссля в межах двох гілок базового струму Iбд 1 і Iбд 2 1 і Uкд 2
7,5<40
Следут додати другий каскад.
Для цього розрахуємо:
4.2. другий каскад
4.2.1 Розрахунок підсилювача по постійному струму
Для другого каскаду виберемо транзистор середньої потужності. За всіма параметрами підходить ГТ 404В h 21е \u003d 30 ÷ 80.
Оскільки вхідні ВАХ однакова уГТ 404А і ГТ 404В, то початкові будуть однакові. Аналогічно будуємо графік і беремо значення.
Також виберемо робочу точку (див. Додаток Г).
Опір Rе призначене для термокомпенсации робочого режиму каскаду і вибирається в межах (0.1.-0.3) Rк.
Струм дільника для транзистора середньої потужності слід вибрати (2 ÷ 3) Iбп
Розрахуємо опору резисторів R б3 і R Б4 , Ом подільника напруги
4.2.2Дінаміческій розрахунок каскаду.
Знайдемо величину еквівалентного опору базового ланцюга змінної складової вхідного струму R б за формулою
Вхідний опір по змінному струмі (динамічне) транзистора одно:
Паралельне з'єднання опорів Rвх і Rб дорівнюватиме:
Тоді еквівалентний змінний сигнал на вході транзистора буде дорівнює:
Визначимо мінімальне і максимальне динамічне значення вхідної напруги за формулою:
Динамічні вхідні струми:
Розрахуємо опір навантаження, яке буде знайдено з виразу:
Так як опір в колекторної ланцюга змінилося за змінним сигналом, необхідно перерахувати і побудувати динамічну навантажувальну пряму, яка пролягатиме по двох точках на вихідний характеристиці (Додаток Г).
Перша точка залишиться, як і для статичного режиму - точка П. Друга точка (фіктивна) повинна лежати на ординате Ік і обчислимо за формулою:
Реально навантажувальний динамічний діапазон, як випливає з малюнка 2.14, буде знаходитися в межах двох гілок базового струму Iбд 1 і Iбд 2 . Діапазон зміни вихідного напруги також зміниться і буде, відповідно до динамічної навантажувальної прямої, складати Uкд 1 і Uкд 2 . Тоді, фактичний коефіцієнт посилення каскаду визначимо з виразу:
Розрахуємо реальне посилення:
4.3 Розрахунок розділових конденсаторів і ємності шунтирующего конденсатора
1-ий каскад:
2-ий каскад:
Для другого каскаду (по тим же формулам, що і для першого каскаду):
5 ВИСНОВОК
При виконанні даної курсової роботи був розроблений підсилювач на транзисторах ГТ404А і ГТ404В, (розраховані 2 каскаду в схемі підсилювача). Отримано принципова електрична схема підсилювача. Коефіцієнт посилення напруги дорівнює 40, що задовольняє умові.
література
1 Бочаров Л.І., Жебряков С.К., Колесніков І.Ф. Розрахунок електронних пристроїв на транзисторах. - М.: Енергія, 1978.
2 Виноградов Ю.В. Основи електронної та напівпровідникової техніки. - М.: Енергія, 1972.
3 Герасимов В.Г., Князєв О.М. та ін. Основи промислової електроніки. - М.: Вища школа, 1986.
4 Карпов В.І. Напівпровідникові компенсаційні стабілізатори напруги і струму. - М.: Енергія, 1967.
5 Цикин Г.С. Підсилювальні пристрої. - М.: Зв'язок, 1971.
6 Малінін Р.М. Довідник по транзисторним схемам. - М.: Енергія, 1974.
7 Назаров С.В. Транзисторні стабілізатори напруги. - М.: Енергія, 1980.
8 Цикин Л.В. Електронні підсилювачі. - М.: Радио и связь, 1982.
9 Руденко В.С. Основи перетворювальної техніки. - М.: Вища школа, 1980.
10 Горюнов М.М. Напівпровідникові транзистори. Довідник - М.: Вища школа, 1983
Підсилювачі низької частоти (УНЧ) використовують для перетворення слабких сигналів переважно звукового діапазону в більш потужні сигнали, прийнятні для безпосереднього сприйняття через електродинамічні або інші випромінювачі звуку.
Зауважимо, що високочастотні підсилювачі до частот 10 ... 100 МГц будують за аналогічними схемами, вся відмінність найчастіше зводиться до того, що значення ємностей конденсаторів таких підсилювачів зменшуються в стільки разів, у скільки частота високочастотного сигналу перевершує частоту низькочастотного.
Простий підсилювач на одному транзисторі
Найпростіший УНЧ, виконаний за схемою з загальним емітером, показаний на рис. 1. Як навантаження використаний телефонний капсуль. Допустима напруга живлення для цього підсилювача 3 ... 12 В.
Величину резистора зміщення R1 (десятки кОм) бажано визначити експериментально, оскільки його оптимальна величина залежить від напруги живлення підсилювача, опору телефонного капсуля, коефіцієнта передачі конкретного екземпляра транзистора.
Мал. 1. Схема простого УНЧ на одному транзисторі + конденсатор і резистор.
Для вибору початкового значення резистора R1 слід врахувати, що його величина приблизно в сто і більше разів повинна перевищувати опір, включене в ланцюг навантаження. Для підбору резистора зміщення рекомендується послідовно включити постійний резистор опором 20 ... 30 кОм і перемінний опором 100 ... 1000 кОм, після чого, подавши на вхід підсилювача звуковий сигнал невеликої амплітуди, наприклад, від магнітофона або плеєра, обертанням ручки змінного резистора домогтися найкращої якості сигналу при найбільшій його гучності.
Величина ємності перехідного конденсатора С1 (рис. 1) може перебувати в межах від 1 до 100 мкФ: чим більше величина цієї ємності, тим більш низькі частоти може посилювати УНЧ. Для освоєння техніки посилення низьких частот рекомендується поекспериментувати з підбором номіналів елементів і режимів роботи підсилювачів (рис. 1 - 4).
Поліпшеним варіантом однотранзісторний підсилювача
Ускладнені і поліпшені в порівнянні зі схемою на рис. 1 схеми підсилювачів наведені на рис. 2 і 3. У схемі на рис. 2 каскад посилення додатково містить ланцюжок частотнозавісімой негативного зворотного зв'язку (резистор R2 і конденсатор С2), яка поліпшує якість сигналу.
Мал. 2. Схема однотранзісторний УНЧ з ланцюжком частотнозавісімой негативного зворотного зв'язку.
Мал. 3. однотранзісторний підсилювач з подільником для подачі напруги зміщення на базу транзистора.
Мал. 4. однотранзісторний підсилювач з автоматичною установкою зміщення для бази транзистора.
У схемі на рис. 3 зсув на базу транзистора задано більш «жорстко» за допомогою дільника, що покращує якість роботи підсилювача при зміні умов його експлуатації. «Автоматична» установка зміщення на базі підсилювального транзистора застосована в схемі на рис. 4.
Двохкаскадний підсилювач на транзисторах
Поєднавши послідовно два найпростіших каскаду посилення (рис. 1), можна отримати двохкаскадний УНЧ (рис. 5). Посилення такого підсилювача дорівнює добутку коефіцієнтів посилення окремо взятих каскадів. Однак отримати велику стійке посилення при подальшому нарощуванні числа каскадів нелегко: підсилювач швидше за все самовозбудится.
Мал. 5. Схема простого двухкаскадного підсилювача НЧ.
Нові розробки підсилювачів НЧ, схеми яких часто призводять на сторінках журналів останніх років, мають на меті досягнення мінімального коефіцієнта нелінійних спотворень, підвищення вихідної потужності, розширення смуги підсилюються частот і т.д.
У той же час, при налагодженні різних пристроїв і проведенні експериментів часто необхідний нескладний УНЧ, зібрати який можна за кілька хвилин. Такий підсилювач повинен містити мінімальну кількість дефіцитних елементів і працювати в широкому інтервалі зміни напруги харчування і опору навантаження.
Схема УНЧ на польовому і кремнієвому транзисторах
Схема простого підсилювача потужності НЧ з безпосереднім зв'язком між каскадами приведена на рис. 6 [РЛ 3 / 00-14]. Вхідний опір підсилювача визначається номіналом потенціометра R1 і може змінюватися від сотень Ом до десятків МОм. На вихід підсилювача можна підключати навантаження опором від 2 ... 4 до 64 Ом і вище.
При високоомній навантаженні в якості VT2 можна використовувати транзистор КТ315. Підсилювач працездатний в діапазоні живлячих напруг від 3 до 15 В, хоча прийнятна працездатність його зберігається і при зниженні напруги живлення аж до 0,6 В.
Ємність конденсатора С1 може бути обрана в межах від 1 до 100 мкФ. В останньому випадку (С1 \u003d 100 мкФ) УНЧ може працювати в смузі частот від 50 Гц до 200 кГц і вище.
Мал. 6. Схема простого підсилювача низької частоти на двох транзисторах.
Амплітуда вхідного сигналу УНЧ не повинна перевищувати 0,5 ... 0,7 В. Вихідна потужність підсилювача може змінюватися від десятків мВт до одиниць Вт в залежності від опору навантаження і величини напруги живлення.
Налаштування підсилювача полягає в підборі резисторів R2 і R3. З їх допомогою встановлюють напругу на стоці транзистора VT1, рівне 50 ... 60% від напруги джерела живлення. Транзистор VT2 повинен бути встановлений на тепловідвід-щей пластині (радіаторі).
Трекаскадний УНЧ з безпосереднім зв'язком
На рис. 7 показана схема іншого зовні простого УНЧ з безпосередніми зв'язками між каскадами. Такого роду зв'язок покращує частотні характеристики підсилювача в області нижніх частот, схема в цілому спрощується.
Мал. 7. Принципова схема трехкаскадного УНЧ з безпосереднім зв'язком між каскадами.
У той же час налаштування підсилювача ускладнюється тим, що кожне опір підсилювача доводиться підбирати в індивідуальному порядку. Орієнтовно співвідношення резисторів R2 і R3, R3 і R4, R4 і R BF має бути в межах (30 ... 50) до 1. Резистор R1 повинен бути 0,1 ... 2 кОм. Розрахунок підсилювача, наведеного на рис. 7, можна знайти в літературі, наприклад, [Р 9 / 70-60].
Схеми каскадних УНЧ на біполярних транзисторах
На рис. 8 і 9 показані схеми каскодних УНЧ на біполярних транзисторах. Такі підсилювачі мають досить високий коефіцієнт посилення Ку. Підсилювач на рис. 8 має Ку \u003d 5 в смузі частот від 30 Гц до 120 кГц [МК 2 / 86-15]. УНЧ за схемою на рис. 9 при коефіцієнті гармонік менше 1% має коефіцієнт посилення 100 [РЛ 3 / 99-10].
Мал. 8. Каскадний УНЧ на двох транзисторах з коефіцієнтом посилення \u003d 5.
Мал. 9. Каскадний УНЧ на двох транзисторах з коефіцієнтом посилення \u003d 100.
Економічний УНЧ на трьох транзисторах
Для портативної радіоелектронної апаратури важливим параметром є економічність УНЧ. Схема такого УНЧ представлена \u200b\u200bна рис. 10 [РЛ 3 / 00-14]. Тут використано каскадне включення польового транзистора VT1 і біполярного транзистора VT3, причому транзистор VT2 включений таким чином, що стабілізує робочу точку VT1 і VT3.
При збільшенні вхідної напруги цей транзистор шунтирует перехід емітер - база VT3 і зменшує значення струму, що протікає через транзистори VT1 \u200b\u200bі VT3.
Мал. 10. Схема простого економічного підсилювача НЧ на трьох транзисторах.
Як і в поступовим зниженням дози (див. Рис. 6), вхідний опір цього УНЧ можна задавати в межах від десятків Ом до десятків МОм. Як навантаження використаний телефонний капсуль, наприклад, ТК-67 або ТМ-2В. Телефонний капсуль, що підключається за допомогою штекера, може одночасно служити вимикачем живлення схеми.
Напруга живлення УНЧ становить від 1,5 до 15 В, хоча працездатність пристрою зберігається і при зниженні напруги живлення до 0,6 В. У діапазоні напруги живлення 2 ... 15 В споживаний підсилювачем струм описується виразом:
1 (мкА) \u003d 52 + 13 * (Uпит) * (Uпит),
де Uпит - напруга живлення в Вольтах (В).
Якщо відключити транзистор VT2, споживаний пристроєм струм збільшується на порядок.
Двокаскадні УНЧ з безпосереднім зв'язком між каскадами
Прикладами УНЧ з безпосередніми зв'язками і мінімальним підбором режиму роботи є схеми, наведені на рис. 11 - 14. Вони мають високий коефіцієнт посилення і хорошу стабільність.
Мал. 11. Простий двохкаскадний УНЧ для мікрофона (низький рівень шумів, високий КУ).
Мал. 12. Двохкаскадний підсилювач низької частоти на транзисторах КТ315.
Мал. 13. Двохкаскадний підсилювач низької частоти на транзисторах КТ315 - варіант 2.
Мікрофонний підсилювач (рис. 11) характеризується низьким рівнем власних шумів і високим коефіцієнтом посилення [МК 5/83-XIV]. Як мікрофона ВМ1 використаний мікрофон електродинамічного типу.
У ролі мікрофона може виступати і телефонний капсуль. Стабілізація робочої точки (початкового зсуву на базі вхідного транзистора) підсилювачів на рис. 11 - 13 здійснюється за рахунок падіння напруги на емітерний опір другого каскаду посилення.
Мал. 14. Двохкаскадний УНЧ з польовим транзистором.
Підсилювач (рис. 14), що має високий вхідний опір (близько 1 МОм), виконаний на польовому транзисторі VT1 (істоковий повторювач) і біполярному - VT2 (із загальним).
Каскадний підсилювач низької частоти на польових транзисторах, також має високий вхідний опір, показаний на рис. 15.
Мал. 15. схема простого двухкаскадного УНЧ на двох польових транзисторах.
Схеми УНЧ для роботи з низькоомними навантаженням
Типові УНЧ, призначені для роботи на низкоомную навантаження і мають вихідну потужність десятки мВт і вище, зображені на рис. 16, 17.
Мал. 16. Простий УНЧ для роботи з включенням навантаження з низьким опором.
Електродинамічна головка Ва1 може бути підключена до виходу підсилювача, як показано на рис. 16, або в діагональ моста (рис. 17). Якщо джерело живлення виконаний з двох послідовно з'єднаних батарей (акумуляторів), правий по схемі виведення головки Ва1 може бути підключений до їх середньої точки безпосередньо, без конденсаторів СЗ, С4.
Мал. 17. Схема підсилювача низької частоти з включенням низкоомной навантаження в діагональ моста.
Якщо вам потрібна схема простого лампового УНЧ то такий підсилювач можна зібрати навіть на одній лампі, дивіться у нас на сайті по електроніці в відповідному розділі.
Література: Шустов М.А. Практична схемотехніка (Книга 1), 2003 год.
Виправлення в публікації: на рис. 16 і 17 замість діода Д9 встановлена \u200b\u200bланцюжок з діодів.
- 1. Вибираємо тип транзисторів. Так як напруга живлення позитивне, то для УНТ слід вибирати біполярні транзистори структури n-p-n. Повинні бути виконані вимоги:
- а) У,
- б) мА
У нашому прикладі вибираємо транзистори типу КТ3102A з наступними параметрами: в \u003d 100; U к.е.макс.доп \u003d 50В; I к.макс.доп. \u003d 100мА; P к.макс.доп \u003d 250МВт.
2. Визначаємо величину струму спокою в ланцюзі колектора за формулою:
3. Знаходимо опір навантаження в ланцюзі колектора (рис. 1). При виборі величини опору R3 в ланцюзі колектора необхідно задовольняти двом суперечливим вимогам: з одного боку, бажано, щоб опір R3 було можливо більше в порівнянні з величиною вхідного опору наступного каскаду. З іншого боку, збільшення R3 при заданому струмі колектора призводить до того, що падіння напруги на цьому опорі збільшується, а напруга між колектором і емітером Uке зменшується до неприпустимо малої величини (протягом тієї частини періоду підсилюється напруги, коли колекторний струм зростає, напруга Uке може впасти до нуля і транзистор перестане посилювати). З урахуванням цих вимог розрахункова формула для визначення R3 має вигляд:
Таким чином, з урахуванням допустимої потужності розсіювання робоча точка вибрана правильно.
Потужність, що розсіюється на резисторі R 3, складає:
4. Визначаємо опір резистора R4в ланцюга термостабілізації за формулою:
Потужність, що розсіюється на резисторі R 4, дорівнює
При цьому беруть струм емітера в режимі спокою I Ер приблизно рівним I кр. З урахуванням знайдених значень R 3, R 4, Р R3 і Р R4 вибираємо стандартні значення і тип резисторів R 3 і R 4.
5. Знаходимо ємність конденсатора С3:
де F н виражається в герцах,
R 3 - в Омасі,
З 3 - в мікрофарадах.
Робоча напруга конденсатора С 3 повинно перевищувати максимальну напругу на резисторі R 4. У транзисторних УНЧ зазвичай використовуються електролітичні конденсатори типу К50-6, К50-7, К50-9, К50-12, К50-15 і ін.
6. Знаходимо напруга між колектором і емітером транзистора в режимі спокою:
7. Визначаємо елементи дільника напруги в ланцюзі бази R 1 і R 2 (рис. 1). Приймаємо падіння напруги на опорі резистора R 5 фільтра:
Знаходимо напругу, що підводиться делителю R 1, R 2
Вибираємо струм в ланцюзі дільника з умови
Вибір і обгрунтування елементної бази
На підставі наведеного вище розрахунку вибираємо елементи (для схеми електричної принципової):
Як транзисторів VТ1бил узятий біполярний транзистор КТ3102Е, з наступними характеристиками:
структура: n-p-n;
максимально допустима напруга колектор-емітер: 20 В;
максимально допустимий постійний струм колектора: 100 мА;
максимально допустима розсіює потужність колектора: 250МВт;
статичний коефіцієнт передачі струму: 400-1000;
зворотний струм колектора не більше: 0,015 мкА.
Відповідно до розрахованими номіналами резисторів в пункті 2.1. маємо:
R к \u003d 350 Ом: МЛТ-0,125-350Ом2%;
R е \u003d 62Ом: МЛТ-0,125-62Ом2%;
R б "\u003d 4,4кОм: МЛТ-0,5-4,4кОм2%;
R б "" \u003d 2,4 кОм: МЛТ-0,5-2,4кОм2%;
А. Бепьскій
РМ. КВ-УКВ. 1/2002
При конструюванні транзисторних підсилювачів потужності радіоаматори часто не виконують повний розрахунок схеми зважаючи на складність і великий обсяг обчислень. Комп'ютерні методи моделювання радіотехнічних пристроїв безсумнівно полегшують процес конструювання, але придбання і освоєння таких програм також викликає певні проблеми, тому графічні методи розрахунку для деяких радіоаматорів можуть виявитися найбільш прийнятними і доступними, наприклад, метод, описаний в.
Одна з головних цілей при конструюванні підсилювачів потужності - отримання максимальної вихідної потужності. Однак при виборі величини напруги живлення підсилювача необхідно дотримуватися умова - Uке max вихідного транзистора не повинно перевищувати більш ніж на 10% значення, що приводиться для нього в довіднику. При проектуванні також необхідно враховувати довідкові значення Ік max і Pк max транзистора і, крім того, знати значення коефіцієнта в.
Сенс використовуваних позначень ілюструє рис.1. Використовуючи довідкові параметри транзистора, на міліметрівці будується система координат Uк, Ік, і на ній проводяться прямі Ік max, Uке max і крива граничної потужності Рк max (рис.2). Усередині площі, обмеженою прямими Ік max і Uке max і гіперболою Рк max розташовується робоча точка транзистора.
рис.1
Вихідна потужність каскаду буде тим більше, чим ближче до гіперболи Рк max проходить навантажувальна пряма.
Максимум потужності досягається при торканні гіперболи прямий. Максимальна вихідна напруга забезпечується, якщо навантажувальна пряма виходить з точки Uке max. Для одночасного виконання обох згаданих умов, що виходить з точки Uке max пряма повинна стосуватися гіперболи Рк max.
Іноді виникає необхідність отримання великого струму через вихідний транзистор. У цьому випадку необхідно провести навантажувальну пряму з точки Ік max щодо до гіперболи Рк max. Транзистор буде працювати в режимі класу А.
Виберемо робочу точку Мр транзистора так, щоб вихідна напруга було максимальним і симетричним. З робочої точки проводимо прямі, паралельні осях Uк і Ік. У точці перетину з віссю Uк отримаємо значення напруги живлення каскаду, а в точці перетину з віссю Ік - величину струму спокою транзистора (Ікс). Після цього, знаючи коефіцієнт в транзистора, можна визначити струм бази Iбо для обраної робочої точки. Крім того, можна розрахувати і інші параметри каскаду, важливі для розробника. Слід мати на увазі, що опір резистора Rе необхідно вибирати якомога менше (в граничному випадку - рівне нулю).
З метою ілюстрації описаного методу розрахунку граничних параметрів підсилювачів потужності розглянемо алгоритм розробки вихідного каскаду на транзисторі 2N3632 (приблизний аналог - КТ907).
Для цього транзистора: Uке max \u003d 40В; Рк max \u003d 23 Вт; Ік max \u003d 3 А; b \u003d 50 ... 110 (для розрахунків приймаємо в \u003d 100); ft \u003d 400 МГц.
Графічним шляхом отримаємо такі дані: Uп \u003d 16 В; Ікс \u003d 1,36 A; U вих \u003d 30 В: Iкm \u003d 2,8А.
Визначаємо струм бази:
Струм через дільник:
Опір резисторів подільника.
Курсовий проект містить 37 аркуша, 23 ілюстрації, 1 таблицю.
Мета: - поглибити знання студентів по курсам, пов'язаним з темою курсового проекту;
Прищепити навички самостійної роботи з технічною літературою;
Навчити складати, розраховувати і аналізувати електронні схеми;
Навчити грамотно оформляти технічну документацію.
У курсовому проекті міститься короткий опис підсилювачів низької частоти, їх класифікація, застосування, основні технічні рішення. Також розроблена структурна і електрична принципова схема підсилювача, і зроблено її розрахунок.
ПІДСИЛЮВАЧ, ТРАНЗИСТОР, ВХІДНІ ХАРАКТЕРИСТИКА,
НЕЛІНІЙНІ СПОТВОРЕННЯ, ВИХІДНИЙ КАСКАД
1. Введення ......................................................... .. 3
2. Основна частина
2.1 Аналітичний огляд ................................. 5
2.2 Складання структурної схеми підсилювача ...... 9
2.3 Розробка електричної принципової
схеми підсилювача ................................................... .. 11
2.4 Електричний розрахунок ............................... ......... 14
2.5 Аналіз спроектованого підсилювача ............. ...... ... 29
3. Висновок ............................................................ ... 30
4. Перелік посилань ...................................................... .. 31
5. Додаток ............................................................ .. 32
1. Введення
Характерною особливістю сучасних електронних підсилювачів є виняткове різноманіття схем, за якими вони можуть бути побудовані.
Підсилювачі розрізняються за характером підсилюються сигналів: підсилювачі гармонійних сигналів, імпульсні підсилювачі і т. Д. Також вони розрізняються по призначення, числу каскадів, роду електроживлення та іншими показниками.
Однак одним з найбільш істотних класифікаційних ознак є діапазон частот електричних сигналів, в межах якого даний підсилювач може задовільно працювати. За цією ознакою розрізняють такі основні типи підсилювачів:
Підсилювачі низької частоти, призначені для посилення безперервних періодичних сигналів, частотний діапазон яких лежить в межах від десятків герц до десятків кілогерц. Характерною особливістю УНЧ є те, що ставлення верхньої посилюваної частоти до нижньої велика і зазвичай становить не менше кількох десятків.
Підсилювачі постійного струму - підсилюють електричні сигнали в діапазоні частот від нуля до вищої робочої частоти. Вони дозволяють посилювати як змінні складові сигналу, так і його постійну складову.
Виборчі підсилювачі - підсилюють сигнали в дуже вузькій смузі частот. Для них характерна невелика величина відносини верхньої частоти до нижньої. Ці підсилювачі можуть використовуватися як на низьких, так і на високих частотах і виступають в якості своєрідних частотних фільтрів, що дозволяють виділити заданий діапазон частот електричних коливань. Вузька смуга частотного діапазону в багатьох випадках забезпечується застосуванням в якості навантаження таких підсилювачів коливального контуру. У зв'язку з цим виборчі підсилювачі часто називають резонансними.
Широкосмугові підсилювачі, що підсилюють дуже широку смугу частот. Ці підсилювачі призначені для посилення сигналів в пристроях імпульсної зв'язку, радіолокації і телебачення. Часто широкосмугові підсилювачі називають відеопідсилювачів. Крім свого основного призначення, ці підсилювачі використовуються в пристроях автоматики і обчислювальної техніки.
2.1 Аналітичний огляд
Сучасні підсилювачі низької частоти виконуються переважно на біполярних і польових транзисторах в дискретному або інтегральному виконанні, причому підсилювачі в мікроісполненіі відрізняються від своїх дискретних аналогів, головним чином, конструктивно-технічними особливостями.
Як джерело вхідного сигналу в підсилювачах низької частоти можуть входити мікрофон, звукознімач, попередній підсилювач. Більшість з джерел вхідного сигналу розвивають дуже низька напруга. Подавати його безпосередньо на каскад посилення потужності втрачає сенс, т. К. При слабкому управляючому напрузі неможливо отримати значних змін вихідного струму, а отже, вихідної потужності. Тому до складу структурної схеми підсилювача, крім вихідного каскаду, що віддає необхідну потужність, входять і каскади попереднього підсилення.
Ці каскади прийнято класифікувати за характером опору навантаження в вихідний ланцюга транзистора. Найбільше застосування отримали резистивні підсилювальні каскади, опором навантаження яких служить резистор. Як навантаження транзистора може бути використаний і трансформатор. Такі каскади називають трансформаторними. Однак в слідстві великий вартості, значних розмірів і маси трансформатора, а також через нерівномірність амплітудно-частотних характеристик трансформаторні каскади попереднього посилення застосовуються досить рідко.
У каскадах попереднього посилення на біполярних транзисторах частіше інших використовується схема з загальним емітером, яка має високий коефіцієнт посилення по напрузі і потужності, порівняно великим вхідним опором і допускає використання одного загального джерела живлення для ланцюгів емітера і колектора.
Найпростіша схема резистивного підсилювального каскаду з загальним емітером і живленням від одного джерела показана на рис 1.
Малюнок 1
Дана схема отримала назву схеми з фіксованим базовим струмом. Зсув фіксованим струмом бази відрізняється мінімальним числом деталей і малим споживанням струму від джерела живлення. Крім того, порівняно великий опір резистора R б практично не впливає на величину вхідного опору каскаду. Однак цей спосіб усунення придатний лише тоді, коли каскад працює при малих коливаннях температури транзистора. Крім того, великий розкид і нестабільність параметрів b навіть у однотипних транзисторів роблять режим роботи каскаду нестійким при зміні транзистора, а також з плином часу.
Більш ефективною є схема з фіксованою напругою зміщення на базі, представлена \u200b\u200bна рис 2.
У цій схемі резистори
і підключені паралельно джерелу живлення Е к становлять дільник напруги. Дільник, утворений резисторами і повинен володіти досить великим опором, інакше вхідний опір каскаду виявиться малим.При побудові схем транзисторних підсилювачів доводиться вживати заходів для стабілізації становища робочої точки на характеристиках. Основний дестабілізуючий фактор - вплив температури. існують
