Последовательность расчета усилителя

1. Выбирается сопротивление из следующих соображений. Коэффициент каскада прямо пропорционален . Ос­новным требованием к усилителю напряжения является обеспечение высоких коэффи­циентов усиления, с этой точки зрения необходимо выбирать много больше . С другой стороны, от значения зависит тре­буемое напряжение питания каскада (). Уравнение выходной цепи каскада по постоян­ному току имеет вид:

. (1)

Из выражения (1) видно, что увеличение ведет к уве­личению требуемого , поэтому выбирается из условия:

= (3…5) .

2. Определяется амплитуда переменной составляющей тока коллектора:

.

3. Задаются координаты точки покоя выходной цепи транзис­тора. Они должны удовлетворять условиям:

> ;

> .

Для определения принимают = I…2 В; оп­ределяют из условия: = (1,1…1,2) . Для транзисторов малой мощности, рекомендуется задавать не менее 1мА, чтобы точка покоя базовой цепи не располагалась на нелинейном участке входной ВАХ. Если расчетное значение не удовлетворяет последнему условию, принимают = 1 мА.

4. Определяется каскада. Падение напряжения на сопро­тивлении для обеспечения высокой температурной стабильности режима покоя выбирается из условия = (0,1….0,3) . Подставляя в формулу (1), получим выражение для расчета :

,

округлить до большего целого числа.

5. Выбирается по справочнику транзистор из условий:

> ;

> ;

> .

6. Определяется ток _.В справочной литера­туре приводится, как правило, диапазон изменения параметра транзистора. При расчете берется среднее значение . Для по входной ВАХ, соответствующей , оп­ределяется напряжение . Точка покоя входной цепи транзис­тора должна располагаться на линейном участке ВАХ, в противном случае нужно увеличить и повторить расчет. При этом пара­метры выбранного транзистора могут перестать отвечать условиям (п. 5), в этом случае необходимо выбрать транзистор другого типа.

7. Задается ток делителя = (2…5) , рассчитываются сопротивления , и по формулам:

= ;

 

= ;

 

.

Напряжения в формулы берутся по абсолютной величине.

8. Производится расчет каскада по переменному току.

В схеме замещения каскада по переменному току в области средних частот не учтено наличие в транзисторе внутренней обратной связи (описываемой параметром транзистора), т.к. напряжение ОС, действующее на входе каскада много меньше . Сопротивления входного делителя и представлены в схеме замещения сопротивлением = = || .

По схеме замещения определяются параметры каскада по пе­ременному току:

= = || ;

= || .

(сопротивление относительно выходных зажимов при отключенном );

= ;

= = .

Для правильно рассчитанного каскада значение должно составлять (0,7...0,85) . Коэффициент усиления должен быть много больше единицы. Ззначение каскадов с ОЭ определяется значением па­раметра транзистора и соотношением между и значением параметра транзистора, и может составлять (10²…10³) и вы­ше при использовании транзисторов с большим коэффициентом пе­редачи тока базы.

9. Определяется необходимое для управления каскадом амп­литудное значение входного напряжения:

.

Весь размах должен укладываться на линейном участке входной ВАХ, иначе сигнал будет усилен с большими нелинейными искаже­ниями. Искажения могут возникнуть, если при изменении от до = – рабочая точка входной цепи тран­зистора выходит за границу линейного участка входной ВАХ. На входной ВАХ находят точку, соответствующую . Если точка располагается на нелинейном участке входной ВАХ, необходимо увеличить и повторить расчет, начиная с пункта 4.

 

Последовательность Расчета усилителя
в области низких частот

Целью расчета является определение значение элементов схе­мы, наличие которых приводит к появлению частотных искажений усиливаемого сигнала в низкочастотной области (НЧ-область).

Такими элементами являются:

а) входной разделительный конденсатор ;.

б) выходной разделительный конденсатор ;

в) конденсатор в цепи эмиттера.

Коэффициент частотных искажений, вносимых усилителем на нижней рабочей частоте () определяется по формуле:

,

где – коэффициент частотных искажений, вносимых i-м элементом схемы; n – число элементов схемы, вносящих частотные искажения в НЧ-области.

1. Коэффициент частотных искажений () распределяется равномерно между всеми искомыми элементами схемы, определяется коэффициент частотных искажений (), выделяемый на каждый элемент, по формуле:

= .

2. Определяются значения элементов схемы:

ü Емкость входного разделительного конденсатора:

,

где – входное сопротивление каскада на средних частотах; – внутреннее сопротивление источника входного сигнала. Принять = .

ü Емкость выходного разделительного конденсатора:

,

где – выходное сопротивление каскада на средних частотах.

ü Емкость конденсатора () в цепи эмиттера транзистора:

,

где .

Если в результате расчетов значения некоторых элемен­тов получатся большими (это, в первую очередь, относится к значениям емкостей конденсаторов ) производят перераспределе­ние . При этом увеличивают допустимый для элементов с большим расчетным значением за счет уменьшения других эле­ментов. После перераспределения производится повторный расчет.

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА 2

 

Перед выполнением контрольной работы необходимо изучить теоретический материал. Варианты заданий указаны в каждой задаче.

 

Задача 1

Вариант задания определяется последней цифрой номера зачетной книжки.

Для каскада усилителя, охваченного последовательной отрицательной обратной связью по напряжению, приведите структурную схему и, в зависимости от варианта задания, определите:

а) значения U^*, U_oc и К_ос при заданных значениях U_вх, К и U_вых

 

№ варианта
Uвх, В	0,16	0,2	0,15	0,17
К
Uвых, В	1,2	1,5

 

б) значения U_вх , U_oc и Кос при заданных значениях β, К и U_вых

 

№ варианта
β	0,02	0,05	0,04
К
Uвых, В

 

в) значения U_вых,U^*, U_oc при заданных значениях U_вх, К и β

 

№ варианта
Uвх, В
К
β	0,9	0,7	0,5

 

Задача 2

Какой должна быть выбрана емкость конденсатора С_э в схеме усилителя с ОЭ (приведите схему), если известны нижняя граница полосы пропускания f_н и R_э? Найдите падение напряжения от постоян­ной I_эо и переменной I_э~ составляющих тока. Что произойдет в случае обрыва цепи шунтирующего конденсатора С_э? Как при этом изменятся коэффициент усиления по напряжению и входное сопротивление?

Вариант задания определяется предпоследней цифрой номера зачетной книжки.

 

№ варианта
Rэ, Ом
fн, Гц
Iэо, мА	1,5		2,2	1,8	1,4	2,5	2,1	1,7	2,3	1,9
Iэ~, мА	1.4	1,8		1,6	1,2	2,3	1,9	1,5		1,6

 

Задача 3

Привести схему усилительного каскада с ОК (при ­­­­ ) и, используя его схему замещения, рассчитать основные параметры: R_вх, R_вых, К_U, К_I и К_P.

Вариант задания определяется последней цифрой номера зачетной книжки.

 

№ варианта
Rд, кОм
RЭ, кОм	0,82	1,0	0,82	0,75	1,2	0,91	0,75	1,0	1,6	0,91
h11э, Ом
h22э ·10-5, См		6,2		3,3				8,4	5,5	7,7
h21э

 

Задача 4

На вход каскада с общим истоком поступает гармонический сигнал с амплитудой U_вх. Определите выходное напряжение, если крутиз­на стоко-затворной характеристики транзистора S, а сопротивление резистора в цепи стока R_с. Иска­зится ли форма выходного напряжения, если напряжение на стоке транзистора в режиме покоя равно U_сип? Приведите принципиальную схему каскада.

Вариант задания определяется предпоследней цифрой номера зачетной книжки.

 

№ варианта
Uвх, В	0,2	0,3	0,24	0,27	0,4	0,35	0,5	0,1	0,2	0,45
S, мА/В	0,9	1,2	1,3	1,5	1,8	1,7	2,2			1,7
Rс, кОм		3,3	6,2	3,9	4,7	5,1	3,9	5,6		3,6
Uсип, В

 

Задача 5

Коэффициент передачи в схеме истокового повто­рителя (при ­­­­ ) К_и, крутизна S, сопротивление в цепи стока R_и. Приведите схему истокового повторителя. Как изменится коэффициент передачи К_и, если подключить сопротивление нагрузки R_н? Запишите расчетную формулу. Объясните, как влияет крутизна характеристики S транзистора на изменение коэффициента передачи исто­кового повторителя при подключении нагрузки.

Вариант задания определяется последней цифрой номера зачетной книжки.

 

№ варианта
Ки	0,86	0,82	0,9	0,91	0,85	0,78	0,83	0,88	0,79	0,84
S		1,5	1,7	2,1	2,5	1,8	1,6	2,2	1,9	2,3
Rи, Ом		2,7	3,3	2,4	2,2		2,7	3,6	2,4	3,3
Rн, Ом

 

 

ВОПРОСЫ НА ЗАЧЕТ

1. Усилители. Их основные параметры и характеристики.

2. Искажения сигналов в усилителях.

3. Обратные связи в усилителях.

4. Усилитель напряжения на БТ. Режим покоя, выбор рабочей точки. Классы усиления.

5. Стабилизация режимов покоя.

6. Принцип работы усилителя по схеме с ОЭ. Свойства схемы.

7. Усилитель по схеме с ОК. Свойства схемы.

8. Усилители напряжения на полевых транзисторах

9. Усилители постоянного тока (УПТ). Дрейф нуля в УПТ. Дифференциальный каскад.

10. Работа дифференциального каскада при воздействии дифференциального и синфазного входных сигналов.

11. Операционный усилитель (ОУ). Основные характеристики и параметры ОУ.

12. Инвертирующий и неинвертирующий усилители на основе ОУ.

13. Примеры включения ОУ (интегрирующие, дифференцирующие устройства, сумматоры).

14. Ключевой режим работы ОУ. Компараторы.

15. Мультивибратор на ОУ.

 

 

 

ЛИТЕРАТУРА

1. Лачин В.И., Савелов Н.С. Электроника. – Ростов н/Д: Феникс, 2007. – 704 с.

2. Забродин Ю.С. Промышленная электроника. – М.: Высшая школа, 2008. – 496с.

3. Миловзоров О.В., Панков И.Г. Электроника. – М.: Высшая школа, 2004. – 288с.

4.. Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая электроника (полный курс): Учебник для вузов. Под ред.О.П.Глудкина.-М.:Горячая линия – Телеком, 2003

5. Прянишников В.А. Электроника: Полный курс лекций.- 4-е изд.- СПб.: Корона принт, 2004.

6. Воронков Э.Н., Зенова Е.В. Полевые транзисторы: Учбное пособие.- М.: издательство МЭИ, 2004.- 60 с.

1. Гусев В.Г., Гусев В.М. Электроника. – М.: Высшая школа, 1991. – 622 с.

8.Транзисторы для аппаратуры широкого применения: Справочник /Под ред. Б.Л. Перельмана. – М.: Радио и связь, 1981. – 700 с.

9. Полупроводниковые приборы, диоды, тиристоры, оптоэлектронные приборы: Справочник / Под ред. Н.Н. Горюнова. – М.: Энергоатомиздат, 1985. – 743 с.

10. Галкин В.И. и др. Полупроводниковые приборы: Справочник /В.И. Галкин, А.Л. Булычев, В.А. Прохоренко. – Минск: Беларусь, 1987. – 285 с.

СОДЕРЖАНИЕ

 

1. УСИЛИТЕЛИ.. 3