Расчет всех элементов двухкаскадного усилителя с заданными техническими характеристиками

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 R_вх = 50 Ом

Сопротивление нагрузки R_н = 33 кОм

Напряжение источника сигналов U_c = 5 · 10^-3 B

Напряжение источника питания Е_п = 15 В

Коэффициент усиления второго каскада не менее 90

Граничные частоты  ƒ_н = 63 Гц

ƒ_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 С_р1 (рис 2.) служит для передачи на вход транзистора VT1 усиливаемого переменного напряжения, а также исключает попадание на вход транзистора постоянного напряжения.

Разделительный конденсатор С_р2 осуществляет развязку каскадов. Разделительный конденсатор С_р3 осуществляет развязку 2 каскада по нагрузке. Резисторы R1, R2, R5, R6 образуют делители для получения необходимого напряжения смещения на базе транзисторов. Резистор R_э 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

U_{вых =} U_c · K_ус;  

U_{вых =} 5 · 10^-3 · 90 = 0,45 B.

Находим мощность, выделяемую на транзисторе VT2.

 P_вых =

Для схемы с общим эмиттером коэффициент усиления по току К_ус примерно равен статическому коэффициенту передачи h _21Э.

Требования к транзистору VT2 следующие:

I _K = 0,45 (м А).

К_{ус =} h _21Э ≥ 90.

P_рас ≥ 6 · 10^-6 Вт.

ƒ_н = 63 Гц

ƒ_в = 18000 Гц

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

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 U_кэ = 7,5В и

I _{к о} = 10,5 мА находим I _бо.

I _{бо =} 0.16 мА. U_кэ = 3,75 В и I _к = 5,5 мА находим I _б.

. Выходная характеристика транзистора КТ312В.

Находим напряжение эмиттера.

U_э = 0.2 · Е_п U_э = 0.2 · 15 = 3 В.

Находим напряжение коллектора.

U_к = U_э + U_кэ U_к =3+3,75 =6,75 В

Находим сопротивление эмиттера.

_:  Ом.

Находим сопротивление коллектора.

  Ом.

Находим ток делителя.

I_д = I _бо· 10 I_д = 0,16 · 10 = 1,6 мА.

Находим напряжение базы.

U_б = U_э + 0.6: U_б = 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:

R_вх = R₅ // R₆ // h _21Э · R_в R_{вх = ()} // 90 · 545 = = 1652,3 Ом

R_вх = 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 С_4.

 4,6 мкФ.

. Расчет двухкаскадного усилителя

Аналогично производим расчет первого каскада усилителя. R_н принимаем входное сопротивление второго каскада R_вх2

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

U_{вых =} U_c · K_ус; U_{вых =} 5·10^-3 · 90 = 0,45 B.

Находим мощность, выделяемую на транзисторе VT2.

 P_вых =

Находим напряжение эмиттера.

U_э = 0.2 · Е_п U_э = 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 U_кэ = 15 В и

I _{к о} = 9 мА находим I _бо.

I _{бо =} 0.1мА. U_кэ = 3,75 В и I _к = 4,5 мА

Находим напряжение коллектора.

U_к = U_э + U_кэ U_к = 3+3,75 =6,75 В

Находим сопротивление эмиттера.

_:  Ом

Находим сопротивление коллектора.

  Ом.

Находим ток делителя.

I_д = I _бо· 10 I_д = 0,10 · 10 = 1 мА.

Находим напряжение базы.

U_б = U_э + 0.6: U_б = 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:

R_вх = R₁ // R₂ // h _21Э ·R_э R_{вх = ()} // 90 · 666 = 2616,5 Ом

R_вх = 2,5 кОм.

Находим величину разделительной емкости С₁.

мкФ

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

Табл. 2.1

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.

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