РАСЧЕТ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО УСИЛИТЕЛЯ НА ТРАНЗИСТОРЕ КУРСОВАЯ РАБОТА Содержание. Задание на курсовую работу …………………………………………………………………….1 Содержание ………………………………………………………………………………………2 Введение ………………………………………………………………………………………….3 1. Расчетная часть ………………………………………………………………………………..4 1.1 Предварительный выбор транзистора ……………………………………………………...4 1.2 Расчет режима работы транзистора по постоянному току ………………………………..5 1.3 Расчет параметров, обеспечивающих режим работы транзистора по постоянному току ………………………………………………………………………………………………..6 1.4 Расчет емкости конденсаторов …………………………………………………………….10 1.5 Расчет амплитудно- и фазочастотных характеристик……………………………………11 Заключение……………………………………………………………………………………...13 ПРИЛОЖЕНИЕ 1 : Схема электрическая принципиальная ПРИЛОЖЕНИЕ 2 : Перечень элементов ПРИЛОЖЕНИЕ 3 : Печатная плата Введение. Усилитель предварительного усиления предназначен для усиления малого напряжения переменного тока в различных диапазонах частот. Входное напряжение усилителя может иметь величину от единиц микр о вольт до десятков милливольт, выходное - не превышает одного-двух вольт. Коэффициент усиления таких усилителей обычно не б о лее ста. На рис.1 приведена типовая схема усилит е ля. Делитель, образованный резисторами R1 и R2 задает напряжение б а зы транзистора U б . Если ток делителя знач и тельно больше тока базы, то напряжение базы U б будет слабо изменяться при малых изменениях тока базы (будет почти постоянным). Поэтому данную схему называют схемой с постоянным потенциалом б а зы. В этой схеме резистор R э обеспечивает отрицательную обратную связь по току, нео б ходимую для стабилизации режима работы усилителя по постоянному току. Емкость C э шунтирует резистор R э и исключает обратную связь на частоте усиливаемого сигн а ла. Источники входного сигнала могут иметь внутреннее сопротивление R c от десятков до сотен и тысяч ом. Так как усилитель в схеме с общим эмиттером имеет сравнительно небольшое входное сопротивление, то при значительном сопротивлении источника сигнала на входе усилителя следует включать эмиттерный повторитель. Эмиттерный повторитель, как известно, имеет высокое входное и малое выходное сопроти в ления. Нагрузка такого усилителя является, как правило, активной и может иметь значение от десятков до сотен и более Ом. Так как усилитель в схеме с общим эмиттером имеет большое выходное сопротивление, а при его уменьшении снижается коэффициент усиления, то при малом сопр о тивлении нагрузки следует включать эмиттерный повторитель на выходе усил и теля. 1. Расчетная часть. 1.1 Предварительный выбор транзистора. Для выбора транзистора, необходимо знать амплитуду напряжения на нагрузке. Она определяется из формулы (1). (1) При U н менее одного вольта для каскадов предварительного усиления оценка рассеиваемой мощности обычно не произв о дится. Допустимый ток коллектора выбирается из условия (2). (2) Допустимое напряжение между коллектором и эмиттером выбирается из условия (3). (3) Статический коэффициент усиления по току выбирается в пределах (4). (4) Так как по заданию R c не сильно отличается от R н , выбираем : Частотные параметры транзистора должны отвечать условию (5) . (5) Заданным условиям соответствует транзистор КТ 208 Б . Его справочные данные пр и ведены в таблице 1. Таблица 1. Справочные данные транзистора КТ 208 Б. U кэдоп , В I кдоп , мА Р кдоп , мВт I к0 , мкА f гр , МГц С к , пФ h 11 э , Ом h 1 2 ’ э , *10 -3 h 21 э h 22 э , мкСм КТ 208 Б 20 150 200 0,5 5 35 800 0,12 40 14 1.2 Расчет режима работы транзистора по постоянному току. Ток коллектора в рабочей точке для каскадов вычисляется по формуле ( 6 ) . (6) , где R н - сопротивление нагрузки в кОм, U н - максимальное напряжение на нагрузке в В. Таким образом, получаем : Полученной значение меньше 1 мА, следовательно , принимаем : Ток базы в рабочей точке определяется из условия (7). (7) Полученное значение тока базы должно превышать амплитуду входного тока в 1,2 1,5 раза, то есть должно выполняться условие (8). (8) Входное сопротивление усилителя можно принять : R вх ≈ h 11э . Подставим значения : Так как это условие выполняется, в увеличении нет необходимости. Напряжение между коллектором и эмиттером в рабочей точке определяется из соотношения (9). (9) 1.3 Расчет параметров, обеспечивающих режим работы транзистора по постоянному току. Для схемы, изображенной на рисунке 1 выбирают из условия (10). R б ≈ 8* h 11э (10) Таким образом , получаем : R б = 8*800 = 6,4 к Ом Сопротивление R э выбирается из соотношения (11). (11) Резистора с таким сопротивлением нет в ряде Е24, поэтому задаемся значением . Определим напряжение источника питания по формуле (12). (12) Для обеспечения соответствия уровня напряжения питания номинальному значению (6,3 В), необходимо увеличить его на 0,1 52 В . С учетом этого на ту же самую величину напряжение между коллектором и эмиттером в рабочей точке. Таким образом получаем : = 2 , 7 26 В = 6,3 В Определим сопротивление в цепи коллектора (13). (13) Резистора с таким сопротивлением нет в ряде Е24, поэтому задаемся значением Определим напряжение базы (14). (14) В данной формуле есть напряжение между базой и эмиттером в рабочей точке. Для кремниевых транзисторов оно задается в пределах 0,6 0,7 В. Зададимся значением = 0,65 В. Рассчитаем делитель цепи базы. Напряжение холостого хода делителя определяется из формулы (15). (15) Величина сопротивлений R 1 и R 2 определятся следующим образом (16), (17) : (16) (17) Резистора с таким сопротивлением нет в ряде Е24, поэтому задаемся значением Резистора с таким сопротивлением нет в ряде Е24, поэтому задаемся значением Величина тока делителя должна удовлетворять условию (18). (18) Так как данное условие выполняется, то изменять сопротивление R б не требуется. Далее необходимо проверить полученное значение коэффициента усиления по формуле (19). (18) Для расчета необходимо определить R вх и R кн из формул (19) и (20). (19) (20) Таким образом, получаем : Полученный коэффициент усиление гораздо меньше необходимого ( K u = 70 ). В нашем случае сопротивление нагрузки меньше сопротивления коллектора ( R н < R к ), так как R н = 150 Ом, а R н = 2,751 кОм. В этом случае целесообразно включить эмиттерный повторитель на выход усилителя, изображенного на рисунке 1. Причем в этом случае нагрузкой усилителя будет являться входное сопротивление эмиттерного повторителя. Эмиттерный повторитель выполнен на том же транзисторе, что и уси лительный каскад. Схема усилителя с эмиттерным повторителем на выходе изображена на рисунке 2. Рисунок 2. Усилитель с эмиттерным повторителем на выходе. Определим ток коллектора эмиттерного повторителя в рабочей точке из формулы (21). (21) Ток эмиттера транзистора VT 2 и напряжение на нем определяются из формул (22), (23). (22) (23) Определим сопротивление R э2 (24). (24) Резистора с таким сопротивлением нет в ряде Е24, поэтому задаемся значением Далее определим сопротивление нагрузки эмиттерного повторителя из формулы (25). (25) Резистора с таким сопротивлением нет в ряде Е24, поэтому задаемся значением Определим входное сопротивление эмиттерного повторителя, которое является нагрузкой для работы усилительного каскада (26). (26) Определим коэффициент усиления эмиттерного повторителя (2 7 ). (2 7 ) При подключении на выход эмиттерного повторителя коэффициент усиления будет определяться соотношением (2 8 ). (2 8 ) В данной формуле определяется из соотношения (18), но с учетом того, что сопротивление нагрузки изменилось (2 9 ) . (2 9 ) Определим коэффициент усиления после изменения схемы : Определим из формулы коэффициент усиления всей схемы : Полученное значение более чем два раза превышает необходимое. В следствии этого , возникает необходимость снизить К U . Снизить коэффициент усиления можно за счет включения делител я напряжения на входе схемы. При этом схема примет вид, показанный на рисунке 3. Рисунок 3. Усилитель с делителем на входе и эмиттерным повторителем на выходе. Сопротивление резисторов R 3 и R 4 выбираются из расчета, что входное напряжение необходимо снизить вдвое (так как коэффициент усиления вдвое больше заданного значения). Это значит, что для формирования нужного уровня входного сигнала сопротивления R 3 и R 4 должны быть равны. Зададимся значениями : R 3 = R 4 = 200 Ом. Таким образом получаем : 1.4 Расчет емкости конденсаторов. При расчете усилителя коэффициент частотных искажений М Н на частоте f Н принимают равным 0,707. М Н для нескольких последовательно включенных RC -цепей равен произведению коэффициентов частотных искажений составляющих ц е пей. Так для схемы рис.1 М Н = М Н1 М Нэ М Н2 , где М Н1 - коэффициент частотных искажений входной цепи (е м кость С1), М Нэ – цепи эмиттера (емкость Сэ), М Н2 – выходной цепи (емкость С2). Возьмем М Нэ несколько меньше, чем М Н1 и М Н2 . Напр и мер, М Нэ = 0,85, а М Н1 = М Н2 = = 0,91 Значения емкостей определяются из ура в нени й (30), (31) и (32). (30) Конденсатора с такой емкостью нет в ряде Е24, поэтому задаемся значением (31) Конденсатора с такой емкостью нет в ряде Е24, поэтому задаемся значением (32) Конденсатора с такой емкостью нет в ряде Е24, поэтому задаемся значением 1.5 Расчет амлитудно- и фазочастотных характеристик усилителя. Частотные свойства усилителя описываются уравнением (33). (33) В этой формуле постоянная времени усилителя в области низких частот определяется из соотношения (34) (34) Постоянная времени усилителя в области высоких частот определяется из соотношения (35) (35) , где Амплитудно-частотная характеристика усилителя строится по уравнению (36) (36) АЧХ усилителя изображена на рисунке 4. Рисунок 4. АЧХ усилителя. Фазо-частотная характеристика усилителя строится по уравнению (37) (37) Рисунок 5. ФЧХ усилителя. Заключение . В результате выполнения курсовой работы мы освоили методику расчета предварительного усилителя на транзисторе. На рисунке 6 изображена полученная схема, а так же приведены номиналы элементов схемы. Рисунок 6. Схема полученного усилителя. C 1 = 11 мкФ C 2 = 3 мкФ C 3 = 11 мкФ R 1 = 100 Ом R 2 = 200 Ом R 3 = 200 Ом R 4 = 56 кОм R 5 = 7,5 кОм R 6 = 1 кОм R 7 = 2,7 кОм R 8 = 5,1 кОм R 9 = 150 Ом VT 1, VT 2 – КТ208Б Данная схема обеспечивает мощность в нагрузке, соответствующую заданию, а так же формирует заданную полосу пропускания.