close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Poyasnitelnaya zapiska(296)

код для вставкиСкачать
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение.......................................................................................................................5
Глава 1. "Постановка задачи".....................................................................................6
Глава 2. "Выбор режима работы транзистора по постоянному току и расчет номиналов элементов усилителя"..............................................................................8
Глава 3. "Выбор режима работы транзистора по переменному току и расчет параметров усилительного каскада в этом режим"................................................17
Заключение.................................................................................................................20
Список использованных источников.......................................................................21
Введение
Курсовая работа посвящена расчету усилительного каскада с общим эмиттером, содержащим базовый делитель напряжения и эмиттерную термостабилизацию рабочей точки, работающего в режиме А. Целью данной работы является расчет параметров усилительного каскада с общим эмиттером, работающим в классе А с температурной стабилизацией, который проводится графоаналитическим методом с использованием h параметров транзистора.
Усилительный каскад с общим эмиттером является одним из самых распространенных и применяется в каскадах предварительного усиления многокаскадных усилителях. Поэтому расчет усилительного каскада с общим эмиттером так важен. Расчет усилительного каскада обеспечит его правильную работу.
В ходе выполнения данной курсовой работы мы познакомимся с методикой расчета усилительных каскадов с ОЭ в режиме А, а также приобретем навыки грамотно оформлять текстовую часть расчетной работы. Глава 1. "Постановка задачи"
Нам задан усилительный каскад с общим эмиттером, содержащим базовый делитель напряжения и эмиттерную термостабилизацию рабочей точки, работающий в режиме А. При работе в классе усиления А на вход усилителя одновременно со входным сигналом uвх(t) подается также постоянное напряжение смещения, так что uбэ = uвх + Uсм (см. временные диаграммы сигналов на рис. 1). Благодаря смещению в кривой напряжения uбэ(t) входной сигнал воспроизводится полностью, практически без искажений формы, так как значения iбэ постоянно соответствуют участку II передаточной характеристики. Режим работы усилителя, когда включены источники питания и подано смещение, но uвх= 0, называется режимом покоя. В этом режиме uбэ = Uбэп и iб = Iбп, а uкэ = Uкэп. При приложении отрицательного (или положительного) напряжения uвх уменьшатся (или соответственно увеличатся) токи iб и iк и падение напряжения на Rк, в результате увеличится (уменьшится) напряжение щэ: uкэ = Uкэп + Δ Uкэ где Δ Uкэ = uвых - полезный эффект усиления.
Рисунок 1 - Передаточная характеристика транзисторного каскада с ОЭ
Важной особенностью полупроводников является сильная зависи- мость коэффициента усиления от температуры, например напряжение UБЭ изменяется на 2...2,5мВ на 1 градус, а Iкб удваивается при изменении температуры на 5...7 ◦С для кремниевых и 8...10 ◦С для германиевых транзисторов. Подобные изменения приводят к смещению рабочей точки и появлению нелинейных искажений.
Для компенсации воздействия температуры в схему усилительных каскадов вводят цепи термостабилизации, принцип действия которых основан на механизме обратных связей.
Обратная связь (ОС) -- воздействие выходной цепи на входную, когда часть выходного сигнала подаётся на вход.
Различают положительную обратную связь (ПОС), когда выходной сигнал складывается с входным (фазы сигналов совпадают) и отрицательную обратную связь (ООС), когда выходной сигнал вычитается из входного (сигналы находятся в противофазе).
В усилителях широко применяются ООС с целью увеличения ста- бильности работы усилителя и уменьшения нелинейных искажений, однако следует учитывать, что ООС снижает коэффициент усиления каскада. ПОС применяются, в основном, в генераторах, в усилителях они приводят к самовозбуждению -- неконтролируемому росту коэффициента усиления. В усилительных каскадах ПОС обычно являются паразитными -- самопроизвольно возникающие ОС, являющиеся ошибками проектирования.
В усилительных каскадах с общим эмиттером, обычно, термоста- билизация осуществляется путем создания ООС на базе резистора Rэ
Глава 2. "Выбор режима работы транзистора по постоянному току и расчет номиналов элементов усилителя"
По заданным параметрам построим линию нагрузки по постоянному тока, определим рабочую точку и вычислим параметры рабочей точки и номиналы параметров элементов цепи коллектора, эмиттера и базового делителя напряжения. Схема усилительного каскада приведена на рисунке 2.
Исходные данные:
Сопротивление нагрузки Rн = 0,13 кОм;
Амплитуда напряжения на нагрузке Uнm = 2 В;
Нижний уровень частоты входного сигнала fн = 20 Гц;
Верхний уровень частоты входного сигнала fв = 0,6 МГц;
Внутренне сопротивление источника синусоидального входного сигнала Rг = 3 кОм;
Рабочая температура транзистора t0р = 250 C;
Максимальная рабочая температура транзистора t0рm = 400 C
Коэффициент частотных искажений на низких частотах Мн = 1,3 дБ;
Коэффициент частотных искажений на высоких частотах Мв = 1,3дБ;
Рис. 2 - Усилительный каскад с ОЭ
Осуществим выбор транзистора по следующим параметрам:
Мощность, рассеиваемая на коллекторе Рк.
Граничная частота передачи тока базы fг ≥ fв.
Определим мощность рассеивания на коллекторе:
P_к=8〖∙k〗_1∙P_н=8∙k_1∙(U_нm^2)/R_н где k_1=1,1.
P_к=8∙1,1∙2^2/130=0,27 Вт
Определим граничную частоту передачи тока базы:
f_г≥5f_в; f_г=5∙0,6∙〖10〗^6=3∙〖10〗^6=3 МГц
Предложенная схема усилительного каскада предполагает тип транзистора n-р-n. Полученным параметрам Рк = 0,27 Вт и fг = 3 МГц удовлетворяет транзистор КТ503А. Параметры транзистора КТ503А:
Граничная частота коэффициента передачи тока fгр = 5 МГц;
Максимально допустимая постоянная мощность, рассеивающаяся на коллекторе транзистора Ркmax = 0,35 Вт;
Максимально допустимый постоянный ток коллектора транзистора Iкmax = 150 мА; Обратный ток коллектора Iкб0 = 1 мкА;
Максимально допустимое постоянное напряжение коллектор-база при токе эмиттера, равном нулю U кб0 = 40 В;
Граничное напряжение коллектор-эмиттер транзистора при разомкнутой цепи базы и заданном токе эмиттера U кэ0 = 25 В;
Статический коэффициент передачи транзистора h21Э = 40 - 120.
Приступим к выбору режима работы транзистора по постоянному току и расчету номиналов элементов усилителя.
Допущения:
Усилительный каскад работает в статическом режиме А.
Сопротивление источника колебаний Rг во много раз больше входного сопротивления Rвх транзистора, т.е. источник работает как генератор тока. Нелинейность сопротивления Rвх не учитывается, т.к. свойства входной цепи определяются сопротивлением Rг . Сопротивление Rг линейно. Входной, выходной токи синусоидальны и выходное напряжение синусоидальны. Усиление происходит с малыми нелинейными искажениями.
Сопротивление нагрузки во много раз меньше выходного сопротивления транзистора Rн << Rвых.
Сопротивление нагрузки одинаково для постоянного и переменного тока.
Рассчитаем сопротивление резистора в цепи коллектора транзистора:
Rк = (1 + КR) Rн = (1 + 1,1)·130 = 273 Ом.
Определим эквивалентное сопротивление нагрузки каскада:
Найдем амплитуду коллекторного тока:
Рассчитаем ток покоя транзистора:
где k3 - коэффициент запаса,
k3 =0,7÷0,95
Принимаем IкП = 25,2·10-3 А.
Определим минимальное напряжение коллектор - эмиттер в рабочей точке транзистора:
где UкэНЛ - напряжение коллектор-эмиттер, соответствующее области начальных участков выходных ВАХ транзистора (обычно принимается равным 1В).
Т.к. меньше типового значения , принимаем Рассчитываем напряжение источника питания:
Пусть Принимаем Определяем сопротивление резистора:
Пусть На выходных характеристиках транзистора построим нагрузочную прямую по постоянному току по точкам М и N. В точке М ток Iк = 0. А поскольку для выходной цепи транзистора справедливо уравнение Ек = Uк + Iк(Rк+ Rэ) то при Iк = 0 получаем Ек = Uк = 13,2 В. Из этого же равенства в точке N, где Uк = 0, получаем Ек = Iк (Rк+ Rэ) или Iк = Ек / (Rк+ Rэ) = 13,2 / (273 + 157) = 30*10-3 = 30 мА
Соединяя эти точки прямой, получаем линию нагрузки (рабочую характеристику). На ней выбираем рабочий участок. Например, для получения большой выходной мощности следует взять рабочий участок АБ. На рисунке 3 заштрихован треугольник полезной мощности. Его гипотенузой является рабочий участок АБ, а катетами соответственно двойные амплитуды тока 2Iкmax и напряжения 2Uк-эmax. Из графика 2Iкmax = 11,2 мА и 2Uк-эmax = 5 В. Откуда Iкmax = 5,6 мА и Uк-эmax = 2,5 В.
На рабочей характеристике наносим рабочую точку Т так, чтобы она находилась примерно посредине участка АБ и обеспечивала вышеуказанные амплитуды тока и напряжения. Тогда ее координаты равны:
Iкп = Iкmax + Iкб0 = 5,6 + 0,2 = 5,8 мА;
Uкэп = Uк-эmax + UкэНЛ = 2,5 + 1 = 3,5 В.
где UкэНЛ - напряжение нелинейных участков выходных характеристик, принимаемое равным 1 В;
Iкб0 - коллекторный ток при нулевом токе базы, принимаемый равным 0,2 мА.
Рисунок 3 - Нагрузочная прямая усилительного каскада по постоянному току
На этом же графике видно, что 2Imб = 240 мкА. Следовательно, ток базы покоя равен Iбп = 120 мкА. Рассчитаем мощность в точке покоя транзистора:
Определим максимальную допустимую мощность рассеивания на коллекторе транзистора. Из параметров находим для выбранного транзистора:
Тогда
Ркдоп = IкдопUк-эдоп = 150·10-3·25 = 3,75 Вт
Определим наибольшую мощность рассеивания транзистора при максимальной рабочей температуре:
где t0пmax - максимальная температура перехода транзистора;
t0рm - рабочая температура транзистора;
t0рm - максимальная рабочая температура транзистора. , следовательно, транзистор выбран правильно.
Ток покоя базы Iбп найден ранее. Определим напряжение база-эмиттер в режиме покоя Uб-эп . Для этого найдем рабочий интервал А1Б1 и рабочую точку Т1 на входной характеристике, перенеся точки А, Б и Т на входную характеристику и получив точки А1Б1 и Т1 (рис. 4).
Из графика следует 2Umб-э = 0,64 В, Umб-э = 0,32 В и Uб-эп = 0,66 В.
Рассчитаем сопротивления базового делителя R1, R2. Для этого определим ток базового делителя :
Iд = (5÷10) Iбп .
Пусть Iд = 5 Iбп = 5·120·10-6 = 600·10-6 А
Рисунок 4 - Входная характеристика транзистора с рабочей точкой и рабочим интервалом
Рассчитаем сопротивление резистора базового делителя R2:
Найдем сопротивление резистора базового делителя R1:
Найдем входное сопротивление каскада Rвх. Для этого определим параметр h11Э и эквивалентное сопротивление базового делителя RД. По приращениям ΔIб, ΔUб-э на входной характеристике транзистора между точками Т1 и А1 при постоянном напряжении Uк-э найдем:
h11Э = ΔUб-э / ΔIб = 0,32 / 120·10-6 = 2666 (Ом).
Найдем эквивалентное сопротивление базового делителя RД:
Найдем входное сопротивление каскада:
Рассчитаем выходное сопротивление каскада:
Глава 3. "Выбор режима работы транзистора по переменному току и расчет параметров усилительного каскада в этом режим"
Построим на выходных характеристиках транзистора нагрузочную прямую по переменному току (рис. 5), проходящую через рабочую точку Т и имеющую наклон:
Рисунок 5 - Линия нагрузки по переменному току
Находим амплитуду тока базы по выходным характеристикам:
Iбm = ΔIб / 2 = 240·10-6 / 2 = 120·10-6(А).
Определим амплитуду входного напряжения транзистора по входным характеристикам транзистора:
U б-эm = ΔU б-э / 2 = 5 / 2 = 2,5 В
Определим коэффициент усиления каскада по току:
Найдем коэффициент усиления каскада по напряжению:
Рассчитаем коэффициент усиления по мощности:
КР = КиКi = 81·2,21 = 179
Определим амплитуду напряжения источника сигнала:
Uгm = Uнm / Ки = 2 / 2,21 = 0,9 (В)
Рассчитаем емкости разделительных конденсаторов С1, С2 и конденсатора в эмиттерной цепи Сэ, равномерно распределяя между ними частотные искажения в области нижних частот, вносимые емкостями этих конденсаторов . Найдем . Рассчитаем емкость разделительного конденсатора С1:
Определим емкость разделительного конденсатора С2:
Найдем емкость конденсатора в эмиттерной цепи:
Заключение
В итоге проделанной работы мы получили параметры усилительного каскада с общим эмиттером, работающего в режиме А. Были найдены параметры базового делителя, сопротивления коллекторной и эмиттерной цепи и др. Данный усилительный каскад может быть использован в многокаскадных усилителях. Многокаскадные усилители находят широкое применение в электронике, например, УНЧ предназначены для создания в нагрузке сигналов звукового диапазона частот с требуемыми параметрами.
В ходе выполнения данной курсовой работы мы овладевали методикой расчета усилительных каскадов с ОЭ в режиме А, а также приобрели навыки грамотно оформлять текстовую часть расчетной работы.
Список использованных источников
Войшвилло Г.В. Усилительные устройства. М.: Радио и связь.,1983.
Гусев В. Г., Гусев Ю. М. Электроника: Учебное пособие для ВУЗов: 2-е издание переработанное и дополненное. М.: Высшая школа, 1991.
Джонс М.Х. Электроника - практический курс. Москва.: Постмаркет. 1999.
Жеребцов И. П. Основы электроники 5-е издание, переработанное и дополненное. Л.: Энергоиздат, 1989.
Забродин Ю. С. Промышленная электроника: учебник для ВУЗов, М.: Высшая школа, 1982.
Москатов Е.А. Справочник по полупроводниковым приборам. Таганрог. 2003.
Рамм Г.С. Электронные усилители. М.: Связь, 1966.
Савченко В.А. Расчет усилителей низкой частоты. Челябинск.: РИО ЧГАУ, 1997.
Транзисторы для широкого применения. Справочник. Под ред. Б.Л. Перельмана. М.: Радио и связь.,1981.
4
Документ
Категория
Рефераты
Просмотров
48
Размер файла
1 457 Кб
Теги
poyasnitelnaya, zapiska, 296
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа