Методические указания к решению задачи Расчет сглаживающего фильтра Трехфазные цепи Цепи несиносоидального тока
MALYAVKA Джемперы, толстовки, водолазки. Комплекты. Кофты. Футболки.

Типовые расчеты по электротехнике

Задача 2

РАСЧЕТ ЭЛЕКТРОННОГО УСИЛИТЕЛЯ

В соответствии с заданием необходимо рассчитать однокаскадный усилитель напряжения (рис.1) или каскад дифференциального усилителя постоянного тока (рис.2) на транзисторах.

  В табл. 2 заданы исходные данные типового усилительного каскада на биполярном транзисторе:

 - напряжение источника питания …………….. , В;

 - амплитудное значение выходного

напряжения усилителя ………………………. , В;

 - сопротивление нагрузки ………………………, Ом;

 - амплитудное значение входного напряжения

дифференциального усилителя……………... , мВ;

 - нижняя граничная частота …………………… , Гц;

 - коэффициент частотных искажений ………... ;

 - температура окружающей среды …………… , оС.

 Требуется:

Выбрать  тип транзистора.

Определить режим работы транзистора.

Определить сопротивление коллекторной нагрузки  и сопротивление в цепи эмиттера .

Определить сопротивления  и  делителя напряжения в цепи базы транзистора. 

Определить ёмкость разделительного конденсатора  и ёмкость конденсатора в цепи эмиттера .

Определить коэффициент усиления каскада по напряжению  .

 По приведённой схеме усилителя пояснить назначение  каждого элемента.

Рис.1

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Расчёт каскада транзисторного усилителя напряжения

 Одним из наиболее распространённых усилительных каскадов на биполярных транзисторах является каскад (схема) с общим эмиттером (ОЭ).

 В этом каскаде эмиттер является общим электродом для входной и выходной цепей, а резистор , с помощью которого создаётся выходное напряжение, включается в коллекторную цепь транзистора.

Выбор типа транзистора усилителя

  Тип транзистора выбирается из справочной литературы по наибольшему допустимому напряжению между коллектором и эмиттером транзистора  и наибольшему допустимому току коллектора . Значения этих параметров определяются из следующих выражений 

 и ,

где =  – наибольшая возможная амплитуда тока нагрузки.

  Для каскадов усилителей напряжения обычно применяют маломощные транзисторы р-n-р или n-p-n проводимостей, типа: КТ315, КТ203, КТ208, КТ342, КТ502, КТ503, КТ361, КТ3102, КТ3107 и другие.

 Для выбранного типа транзистора выписывают из справочника: допустимый ток коллектора , допустимое напряжение между коллектором и эмиттером , обратный ток коллектора , значения коэффициента передачи тока для схемы с ОЭ  и , а также переносятся на миллиметровую бумагу входная характеристика  при  В и семейство выходных статических характеристик транзистора  при .

При расчетах принимают, что усилительный каскад работает в стационарных условиях, и поэтому влиянием температуры на режим работы транзистора можно пренебречь. 

Определение режима работы транзистора

Режим работы транзистора определяют по нагрузочной прямой, построенной на семействе выходных статических характеристик по двум точкам:

  - точка 0 – точка покоя,

- точка 1, определяемая величиной напряжения источника питания  на оси абсцисс. 

Координатами точки 0 являются ток покоя  и напряжение покоя  (т.е. ток и напряжение, соответствующие ). Значения этих параметров принимают исходя из следующих условий

 

 , но не менее 1 мА,

 и 

 ,

 где

 – напряжение, отсекающее крутой участок выходных характеристик (для маломощных транзисторов рекомендуется принимать  В).

На нагрузочной прямой отметить крайние точки линий нагрузки, соответствующие значениям ,,,. Точка покоя, обычно, размещается примерно в середине обозначенного участка линии нагрузки.

Общее сопротивление в цепи эмиттер-коллектор

  ,

где - ток, определяемый точкой пересечения нагрузочной прямой с осью токов,

 - сопротивление в цепи коллектора,

 - сопротивление в цепи эмиттера.

Обычно принимают   и .

 Определение наибольших амплитудных значений тока и напряжения входного сигнала  и , которые необходимы для обеспечения заданного значения выходного напряжения усилителя , выполняют по наименьшему значению коэффициента передачи тока транзистора  

 , .

На входной характеристике транзистора необходимо отметить положение точки покоя (, ), а также обозначить рабочие точки, соответствующие максимальному и минимальному току базы ,. Для найденных значений  и  по входной характеристике для схемы c ОЭ находят величину .

Входное сопротивление каскада переменному току

 .

Для уменьшения шунтирующего влияния сопротивлений делителя в цепи базы  и  на входную цепь каскада по переменному току принимают

  .

Исходя из того, что , получим

  и .

Стабильность рабочей точки оценивают по значению коэффициента нестабильности , который в реальных схемах должен находиться в пределах  от 2 до 7, при условии выполнения расчетного соотношения

.

Коэффициент нестабильности работы усилительного каскада S определяется из выражения [3]

,

где – максимальное значение коэффициента передачи по току транзистора.

Ёмкость разделительного конденсатора  определяется по формуле

 .

Ёмкость конденсатора эмиттерной цепи

 .

Коэффициент усиления каскада по напряжению

 .


Расчет токов с применением законов Кирхгофа