Расчет транзисторного усилителя

- устраняет отрицательную обратную связь по переменному току, так как переменный ток замыкается не через резистор , а через этот конденсатор. Вывод эмиттера через конденсатор С_э соединяется по переменному току с общей шиной, поэтому каскад называется с общим эмиттером.

 

2. Расчет каскада с ОЭ по постоянному току

 

2.1. Определяем напряжение питания:

Епит=0,8Uк.доп=0,8*15=12 B

2.2. Расчет каскада на транзисторе VT с общим эмиттером производим в классе А и проектируем выходной каскад на 80%-ю мощность P_к.доп, рассеиваемую транзистором в режиме покоя [1, 2]:

                          Рк.пок=0,8Рк.доп=0,8*0,03=0,024 Вт

2.3. Задаемся напряжением эмиттера покоя:

Еэ.пок=0,1Епит=0,1*12=1,2 В

2.4. Выбираем рабочую точку Р.Т. в середине динамической характеристики транзистора, что соответствует напряжению покоя коллектора:

                     Uк.пок=0,5*(E_пит - Е_{э. пок.})=0,5*(12-1,2)=5,4 В

5. Рассчитываем ток покоя коллектора:

Iк.пок=Рк.пок =0,024 = 0,0044 А

                                                   Uк.пок       5,4

6. Находим сопротивление токоограничивающего резистора в цепи коллектора R_к:

3. Rк=Епит-Uк.пок = 1500  Ом

                                                       Ik.пок

Выбираем резистор МЛТ- 1500 Ом.

2.7.   Находим мощность, рассеиваемую на резисторе R_к:

P=I²к.покRk=0,00001936*1500=0,029Вт

Выбираем резистор на мощность- 0,02 Вт.

8. При разбросе значений коэффициента передачи В транзистора с ОЭ от минимального значения до максимального среднее значение по формуле [1]:

,

где R_н =540 Ом– сопротивление нагрузки, выберем равным сопротивлению R_к  с целью согласования (для максимальной передачи мощности).

9. Находим напряжение покоя базы:

U_б.пок=U_э.пок+U_{э.порог}=1,2+0,7=2,1 В

10. Определяем ток покоя базы:

I_б.пок=I_к.пок =0,0044 =0,00012=0,12мА

                                         В_ср        34,6

2.11. Задаемся током делителя через резисторы R , R :

I_дел=3I_б.пок=3*0,00012=0,00036 А

12. Находим сопротивление резистора :

                                         R₁=E_пит-U_б.пок        =    12-2,1             = 20625 Ом

                                                I_дел+ I_б.пок           0,00036+0,00012

Выбираем резистор 20625Ом по ряду Е12

Определяем мощность резистора R₁:

                    Р=( I_дел+ I_б.пок)²R₁=0,00048²*20625=0,0047 Вт

Выбираем резистор на мощность 0,005 Вт.

13. Находим сопротивление резистора R₂:

                                                R₂= U_{б.пок    =}2,1     ₌   5833,33Ом        

     I_дел      0,00036

Выбираем резистор 5,6 кОм по ряду Е12.

Определяем мощность резистора R₂:

                    Р= I²_дел R₂ =0,00036² *5833,3=0,00075 Вт

Выбираем резистор на мощность 0,00075 Вт.

14. Находим сопротивление резистора :

R_э   = U_э.пок = 2654,8 Ом

                                                      I_к.пок+I_б.пок

Выбираем резистор 1,5 кОм по ряду Е12.

Определяем мощность резистора R_э:

P=( I_к.пок+ I_б.пок)² R_э =(0,0044+0,00012)²*2654,8=0,054 Вт

Выбираем резистор на мощность 0,05 Вт.

Контура замыкания постоянных токов  I_дел,  I_б.пок, I_к.пок показаны на рис.6 (пунктирные линии). Эти токи создает источник питания Е_пит.

 

 

 

3. РАСЧЕТ КАСКАДА ПО ПЕРЕМЕННОМУ ТОКУ

 

Исходные данные:

f_н=100 Гц – нижняя граничная частота входного сигнала.

r_э= 10 Ом – дифференциальное сопротивление эмиттерного p-n.

r_б= 50 Ом – объемное сопротивление базы.

U_{э.порог} = 0,7 В – пороговое напряжение отпирания эмиттерного p-n  перехода;

r_к=10 кОм - дифференциальное сопротивление коллекторного p-n.

R_ист.с=600 Ом – внутреннее сопротивление источника входного сигнала.

W_н=2Пf_н=6,28*100=628 рад/сек

R_экв1=R_ист.с +R_вх=600+50+(1+1,62)*10=722 Ом

R_экв2 = B_ср*(R_kr_k/R_k+r_k)+R_н=784,6 Ом

R_к=R_н

R_вх=r_б+(1+В_ср)r_э

 

 

Переменный сигнал идет на уровне постоянного сигнала, поэтому на выход усилителя проходит как положительная, так и отрицательная полуволны входного сигнала. Энергия для усиления сигнала отбирается от источника питания Е_пит. Для отделения переменных составляющих от постоянных, ставят конденсаторы C₁, C₂, C_э.

Введем понятие частотных искажений, обусловленных постоянными времени Т_С1, Т_С2, Т_Сэ цепей по которым заряжаются и разряжаются конденсаторы C₁, C₂, C_э в схеме усилителя:

,

Частотные искажения  показывают на сколько снижается амплитуда переменного сигнала при прохождении через конденсаторы на низкой или высокой частотах. На средних частотах сопротивление конденсаторов мало и падением напряжения на конденсаторах пренебрегают. На высоких частотах учитывается барьерная емкость коллекторного перехода и зависимость коэффициента передачи тока базы В от частоты, при этом амплитудно-частотная характеристика усилителя на высоких частотах повторяет указанную зависимость (рис. 1).

На заданной низкой частоте  f_н=100 Гц распределяем стандартный коэффициент низкочастотных искажений по конденсаторам С₁,  С₂, С_э, усилительного каскада

М_н=М₁М₂М_э=1,05*1,05*1,1=1,2175

Для конденсатора  С_э коэффициент М_э увеличиваем до значения 1,2175, так как он зашунтирован меньшим сопротивлением, по сравнению с другими конденсаторами.

 

Исходные данные:

В_ср=34,6 – средний коэффициент усиления

f_н=100 Гц – нижняя граничная частота входного сигнала.

r_э= 10 Ом – дифференциальное сопротивление эмиттерного p-n.

r_б= 50 Ом – объемное сопротивление базы.

r_к=10 кОм - дифференциальное сопротивление коллекторного p-n перехода;

R_ист.с=600 Ом – внутреннее сопротивление источника входного сигнала;

 

R_экв1=R_ист.с +R_вх=600+400=1000 Ом

где R_вх=r_б+(1+В_ср)r_э=50+(1+34)*10=400 Ом

R_экв2 =R_кr_к      +R_н= 800*10000 +800=1600

                                          R_{к  +} r_к            800+10000

R_экв.э= r_э=10 Ом

W_н=2Пf_н=6,28*100=628 рад/сек

 

1. Рассчитываем значение конденсатора С₁:

 

;

Выбираем электролитический конденсатор С =  4,9 мкФ  

2. Рассчитываем значение конденсатора С₂:

;

Выбираем электролитический конденсатор С₂=  2,2 мкФ  

3. Рассчитываем значение конденсатора С_э:

Выбираем электролитический конденсатор С_э= 280 мкФ.

4. Находим коэффициент усиления каскада по напряжению на средних частотах:

K_u=-B_с   R_{к________} =-34,6  800____=-27,68

                                          R_ист.с+R_вх                 600+400

где знак минус отражает поворот фазы выходного сигнала на 180^о относительно входного.

5. Находим коэффициент усиления по току на средних частотах:

К_I=-B_срR_к  =-34,6      800______ =-17,3

                                            R_к+R_н                        800+800

6. Находим коэффициент усиления по мощности сигнала, действующего на базе транзистора

К_p=K_uK_I =(-27,68)*(-17,3)=478,864

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Список литературы:

1. Белов Г.А. Электронные цепи и микросхемотехника: Учебное пособие для вузов. Чебоксары: Изд-во Чуваш. Ун-та, 2004.-780 с.

2. Петухов В.М. Полупроводниковые  приборы. Транзисторы. Дополнение  второе: Справочник. – Рикел, Радио  и связь, 1995 – 288 с. Ил.

3. Кучумов А.И. Электроника  и схемотехника – Москва «Гелиос АРВ», 2002.

4. Захаров В.Г. Расчет  электрических цепей по модифицированным  правилам Кирхгофа: Учеб. пособие.  Чебоксары: Изд-во Чуваш.ун-та, 2006. 128 с.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.Приложение. Типы и параметры транзисторов.

№ вар (стр)	Тип транзистора	Uк.доп, В	Iк.доп, мА	Вмин- -Вмакс	P, Вт	Струк-тура
1 (39)	КТ3179А9	150	55	65	0,2	n-p-n
2 (37)	КТ3176А9	35	500	60	0,2	n-p-n
3 (35)	КТ3173А9	30	530	500	0,2	n-p-n
4 (33)	КТ3171А9	15	530	50	0,2	n-p-n
5 (31)	КТ3153А9	60	400	100-300	0,3	n-p-n
6 (28)	КТ3151А9	80	100	20	0,2	n-p-n
7 (26)	2Т3130А9	50	100	100-250	0,2	n-p-n
8 (16)	КТ218А9	80	50	20	0,2	p-n-p
9 (13)	КТ216А	60	10	9-50	0,075	p-n-p
10 (12)	2Т214А9	100	100	20	0,2	p-n-p
11 (10)	КТ209В2	15	300	200	0,2	p-n-p
12 (8)	2Т215А9	100	50	20	0,2	n-p-n
13 (57)	КТ3170А9	40	30	100	0,25	n-p-n
14 (14)	КТ3172А9	20	20	40	0,2	n-p-n
15 (61)	2Т3175А9	50	100	250-1000	0,35	n-p-n
16 (54)	КТ3142А	40	200	40-120	0,36	n-p-n
17 (53)	2Т3115А-6	10	8,5	15-110	0,05	n-p-n
18 (51)	КТ368А-5	15	30	50-450	0,225	n-p-n
19 (50)	2Т368А9	15	30	50-300	0,1	n-p-n
20 (49)	КТ339АМ	40	25	25	0,26	n-p-n
21 (47)	2Т316А-5	10	30	20-60	0,15	n-p-n
22 (63)	2Т312А	15	15	20-70	0,03	p-n-p
23 (65)	КТ3126А9	35	30	25-150	0,11	p-n-p
24 (66)	КТ3128А9	35	20	15-150	0,11	p-n-p
25 (19)	КТ3816	25	15	40	0,015	p-n-p
26 (63)	2Т370Б9	15	15	40-120	0,11	n-p-n
27 (8)	2Т215Б9	90	50	30-90	0,2	n-p-n
28 (8)	2Т215В9	80	50	40-120	0,2	n-p-n
29 (8)	КТ215Г9	60	50	40-120	0,2	n-p-n
30 (8)	КТ215Д9	30	50	80	0,2	n-p-n