Расчет всех элементов двухкаскадного усилителя с заданными техническими характеристиками

Введение

Одна из основных функций, реализуемых аналоговыми устройствами, это усиление.

УУ называется устройство, предназначенное для повышения (усиления) мощности входного сигнала. Усиление происходит с помощью активных элементов за счет потребления мощности от источника питания. В УУ входной сигнал лишь управляет передачей энергии источника питания в нагрузку.

В качестве активных элементов чаще всего применяются транзисторы, такие УУ принято называть полупроводниковыми, или транзисторными.

УУ принято классифицировать по ряду признаков:

? по характеру усиливаемых сигналов - УУ непрерывных (гармонических) и УУ импульсных сигналов;

? по диапазону рабочих частот - УУ постоянного тока (=0 Гц) и УУ переменного тока. В свою очередь, УУ переменного тока в учебной литературе (и в данном пособии) подразделяются на:

¨ усилители звуковых частот (от 20 до 20000 Гц) или низкочастотные усилители;

¨ усилители высоких частот (ВЧ) ( до 300 МГц);

¨ усилители сверхвысоких частот (СВЧ) ( › 300 МГц).

Кроме того, УУ ВЧ и СВЧ диапазонов подразделяются на:

· узкополосные (, );

где - средняя частота рабочего диапазона УУ;

·широкополосные ().

? импульсные усилители классифицируются по длительности усиливаемых импульсов на микро-, нано- и пикосекундные;

? по типу активных элементов УУ подразделяются на ламповые, транзисторные, квантовые и др.;

?по функциональному назначению УУ подразделяются на усилители напряжения, тока и мощности;

? по назначению УУ подразделяются на измерительные, телевизионные и т.д.

Кроме рассмотренных основных признаков УУ могут классифицироваться по ряду дополнительных признаков - числу каскадов, типу питания, конструктивному исполнению и т.д.

Задание на курсовую работу

усилитель электрический схема транзистор

1.Выбрать и начертить принципиальную электрическую схему двухкаскадного усилителя.

2.Согласно техническим требованиям выбрать транзисторы и определить их статические режимы.

.Рассчитать электрические параметры всех элементов усилителя.

Технические требования: Биполярный транзистор (общий эмиттер)

Входное сопротивление Rвх = 50 Ом

Сопротивление нагрузки Rн = 33 кОм

Напряжение источника сигналов Uc = 5 ? 10-3 B

Напряжение источника питания Еп = 15 В

Коэффициент усиления второго каскада не менее 90

Граничные частоты ?н = 63 Гц

?в = 18000 Гц

1. Выбор электрической схемы двухкаскадного усилителя

Рис. 1 Принципиальная электрическая схема

В качестве схемы усилителя взята стандартная схема включения транзистора с общим эмиттером для проводимости типа n-p-n. Усилитель по току, режим класс «А»

Разделительный конденсатор Ср1 (рис 2.) служит для передачи на вход транзистора VT1 усиливаемого переменного напряжения, а также исключает попадание на вход транзистора постоянного напряжения.

Разделительный конденсатор Ср2 осуществляет развязку каскадов. Разделительный конденсатор Ср3 осуществляет развязку 2 каскада по нагрузке. Резисторы R1, R2, R5, R6 образуют делители для получения необходимого напряжения смещения на базе транзисторов. Резистор Rэ и конденсатор C4 обеспечивают температурную стабилизацию работы транзистора VT2.

2. Расчет двухкаскадного усилителя

Расчет двухкаскадного усилителя начинаем с расчета второго каскада.

Рис. 2. Принципиальная электрическая схема

Напряжение питания U П равно 15 В

I K - максимальный ток в нагрузке:

I K : В;

I K = = 0,45 м А.

Находим напряжение на коллекторе

Находим выходное напряжение

Uвых = Uc ? Kус;

Uвых = 5 ? 10-3 ? 90 = 0,45 B.

Находим мощность, выделяемую на транзисторе VT2.

Pвых =

Для схемы с общим эмиттером коэффициент усиления по току Кус примерно равен статическому коэффициенту передачи h 21Э.

Требования к транзистору VT2 следующие:

I K = 0,45 (м А).

Кус = h 21Э ? 90.

Pрас ? 6 ? 10-6 Вт.

?н = 63 Гц

?в = 18000 Гц

Этим требованиям удовлетворяет биполярный транзистор КТ312В и имеет следующие характеристики: табл. 1.

Тип прибораh21э (h21э)Uкэнас ВIкбо mkAfrp, МГц, (fmах)Ск, пфПредельные значения параметровРк; мВтI maxUkэRmax (Ukэоmax) [Ukэо rp], ВUk6o max, ВUэбо max, ВIk max, мA1к, и max, mAКТ312В50…2800,81018052043022530

По данным таблицы 1. находим I к мах = 30 мА.

Берем I к равным 0,7 I к мах. I к = 21 мА.

Так как транзистор VT2 работает в режиме «А» то за I к о берем половину I к

I к о = 10,5 мА.

По вольтамперной характеристике транзистора КТ312В (рис. 3) при Uкэ = 7,5В и

I к о = 10,5 мА находим I бо.

I бо = 0.16 мА. Uкэ = 3,75 В и I к = 5,5 мА находим I б.

. Выходная характеристика транзистора КТ312В.

Находим напряжение эмиттера.

Uэ = 0.2 ? Еп Uэ = 0.2 ? 15 = 3 В.

Находим напряжение коллектора.

Uк = Uэ + Uкэ Uк =3+3,75 =6,75 В

Находим сопротивление эмиттера.

: Ом.

Находим сопротивление коллектора.

Ом.

Находим ток делителя.

Iд = I бо? 10 Iд = 0,16 ? 10 = 1,6 мА.

Находим напряжение базы.

Uб = Uэ + 0.6: Uб = 3 + 0,6 = 3,6 В.

Находим величины сопротивлений R5, R6:

Ом = 7,125 кОм

R6 = Ом = 2,250 кОм

Находим входное сопротивление 2-го каскада:

Rвх = R5 // R6 // h 21Э ? Rв Rвх = () // 90 ? 545 = = 1652,3 Ом

Rвх = 1,6523 кОм.

Находим величины разделительных емкостей С2 и С3

Емкость конденсатора С2 рассчитывается исходя из того, что его сопротивление по переменному току на самой низкой частоте должно быть во много раз меньше входного сопротивления:

= 1,5 мкФ

76?10-9 мкФ = 76 нФ

Находим величину емкости С4.

4,6 мкФ.

. Расчет двухкаскадного усилителя

Аналогично производим расчет первого каскада усилителя. Rн принимаем входное сопротивление второго каскада Rвх2

Рис. 5 Принципиальная электрическая схема

Напряжение питания U П равно 15 В

I K - максимальный ток в нагрузке:

I K : I K = = 0,009 =9 мА.

Находим напряжение на коллекторе

Находим выходное напряжение

Uвых = Uc ? Kус; Uвых = 5?10-3 ? 90 = 0,45 B.

Находим мощность, выделяемую на транзисторе VT2.

Pвых =

Находим напряжение эмиттера.

Uэ = 0.2 ? Еп Uэ = 0.2 ? 15 = 3 В.

Для первого каскада также выбираем транзистор КТ312В.

Рис. 6 Выходная характеристика транзистора КТ312В

По вольтамперной характеристике транзистора КТ312В (рис. 6) при Uкэ = 15 В и

I к о = 9 мА находим I бо.

I бо = 0.1мА. Uкэ = 3,75 В и I к = 4,5 мА

Находим напряжение коллектора.

Uк = Uэ + Uкэ Uк = 3+3,75 =6,75 В

Находим сопротивление эмиттера.

: Ом

Находим сопротивление коллектора.

Ом.

Находим ток делителя.

Iд = I бо? 10 Iд = 0,10 ? 10 = 1 мА.

Находим напряжение базы.

Uб = Uэ + 0.6: Uб = 3 + 0,6 = 3,6 В.

Находим величины сопротивлений R1, R2:

Ом = 11,4 кОм

R2 = Ом = 3,6 кОм Находим входное сопротивление

-го каскада:

Rвх = R1 // R2 // h 21Э ?Rэ Rвх = () // 90 ? 666 = 2616,5 Ом

Rвх = 2,5 кОм.

Находим величину разделительной емкости С1.

мкФ

Приводим все рассчитанные значения элементов к значениям из шести стандартных рядов.

Табл. 2.1

расчетноепо рядамR111,4 кОм12 кОмR23,6 кОм3,6 кОмR31833 Ом1,8 кОмR4666 Ом700 ОмR57,125 кОм7,3 кОмR62,250 кОм2,5 кОмR71500 Ом1,5 кОмR8545 Ом600 ОмС19 мкФ10 мкФС21,5 мкФ2 мкФС376 нФ80 нФС44,6 мкФ5 мкФ

Вывод

В ходе выполнения работы был произведен выбор принципиальной схемы, расчет всех элементов двухкаскадного усилителя с заданными техническими характеристиками.

В качестве схемы усилителя взята стандартная схема включения биполярного транзистора с общим эмиттером для проводимости типа n-p-n. Усилитель по току, режим класс «А». Транзисторы кремневые маломощные высокочастотные эпитаксильно планарные n-p-n типа усилительные КТ312В.

Разработанный двухкаскадный усилитель соответствует заданным условиям для расчета курсовой работы.

Список литературы

1.А.С. Красько. Схематехника аналоговых электронных устройств. Учебное пособие. ТУСУР г. Томск 2003 г.

. Справочник. Транзисторы. Под ред. Б.Л. Перельмана. Москва «Радио и связь» 1982 г.

. А.В. Цыкина. Электронные усилители. Москва «Радио и связь» 1982 г.