Розрахунок підсилюючого каскаду

 

Транзистори МП42Б германієві сплавні p-n-p перемикальні низькочастотні малопотужні . Призначені для застосування в схемах перемикання.

 

 

Завдання № 1:”Розрахунок параметрів підсилюючого каскаду ”

 

1. Розрахунок h- параметрів транзистора

 

1.1Зобразимо сімейство статичних вхідних і вихідних характеристик заданого транзистора, що відповідають схемі з ЗЕ.(Додаток А та В)

 

1.2 Визначаємо h - параметри транзистора, що відповідають схемі з ЗЕ, користуючись вхідними і вихідними характеристиками транзистора:

МП114

 

по вхідних характеристикам визначаємо : (Додаток А)

 

h11 = / Uке = const,          (1.1)                       h12 = / Iб = const;    (1.2)

Вхідний опір транзистора                   Коефіціент зворотнього зв’язку                                                                       .                                                                 по  напрузі                                                                                                                                                        

ΔUБЭ =UБЭ2−UБЭ1=0,05В,   ∆= 0,24 – 0,16=0,08В.

 

ΔIБ=IБ2−IБ1=0,75мА     ∆=5 В

 

h11 =0,05/(0,75∙10-3)=66,7 Ом.  h12 = 0,08/5=0,016.

по вихідних характеристиках визначаємо (Додаток В):

 

h21 = / Uке = const,     (1.3)                          h22 = / Iб = const.             (1.4)

 

 

 

 

Коефіціент підсилення по струму           Вихідна провідність

 

∆= 21 – 15=6мА.        ∆= 23 – 20 =3мА

 

ΔIБ =150мкА = 0,15мА     ∆= 10 – 2 = 8В

 

h21 =6/0,15=40     h22 =3∙10-3/8=0,375∙10-3См

 

1.3. Знайшли вхідний і вихідний опір транзистора:

    (1.5)                             (1.6)

      Rвхт=66.7 Ом                                              Rвихт= 2,67Ом 

 

1.4 Визначив коефіцієнт передачі по струму транзистора .

β = h21                                                                                  (1.7)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Розрахунок підсилювального каскаду по постійному струмі графоаналітичним методом.

 

2.1 Зобразимо сімейство вихідних і вхідну (при Uке = 5B) характеристики заданого транзистора як показано на додатку С .

2.2 На вихідних характеристиках нанесемо криву припустимої потужності Pk max, що розсіюється на колекторі, Pk max = UкеІк = const.

2.3. Вибрали значення напруги джерела живлення Eк у межах (0.7 - 0.9) Uk max. (Варто враховувати, що Eк =3Um вих і Eк = Uкео + Іко(Rк + Rе)). Цю величину надалі , після вибору Rк, Rе, і Um вих варто скорегувати.

= 0,8 Uk max                                                                                                            (2.1) (0,7 – 0,9) Uk max =(0,7 – 0,9)∙15=10,5В – 13,5В.

2.4. З умови передачі максимальної потужності від джерела енергії до споживача (погоджений режим) вибрали Rк~ Rвых. т. однак на вихід підсилювача звичайно включається навантаження Rн < Rк тому рекомендується вибирати Rк = (0.3 - 1)Rвих. т. так щоб його величина лежала в діапазонi Rк = (0.5 - 10) кОм.

Rк = (0,5 - 10) кОм.

Rк = (0,3 – 1)Rвых. т=(0,3 – 1)∙2,67 = 0,8кОм – 2,67кОм    (2.2)

Вибираємо значення опору колектора з рекомендованого діапазону, наближеного до розрахункових значень . Виходячи з попереднього співвідношення Rк = (0.5 - 10) кОм

2.5. Побудували навантажувальну лінію підсилювального каскаду, відповідно до рівняння

Uке = Ек – ІкRк

Для цього використовували дві крапки ("d" і "c") на вихідних характеристиках транзистора Додатка С.

                 Uкэ = 0,    Iк = =(точка “d”);   (2.3)

                Iк = 0, Uкэ = Ек = 12В      (точка “c”).

При цьому ми спостерігаємо,що  лінія навантаження проходить лівіше і нижче припустимих значень Ukmax, Іk max, і Pk max і забезпечили досить протяжну лінійну ділянку перехідної характеристики (див. додаток. С)

Крапка D  це і є крапка Ік   D= 25 мА

2.6. По крапках перетинання лінії навантаження з вихідними характеристиками побудували перехідну характеристику транзистора           Ік = f(Іб) (див. додаток. С)

2.7. На перехідній характеристиці транзистора (з урахуванням вхідної характеристики) вибрали лінійну ділянку "а - в", у діапазоні якого підсилювач підсилює без перекручування. На середині ділянки "а - в" нанесли робочу крапку "А", що відповідає режиму роботи транзистора по постійному струмі.

2.8. По координатах робочої крапки "A" визначити струми і напруги транзистора в режимі спокою (по постійному струмі): Ібо,  Іко, Uбео, Uкео.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 Розрахунок підсилювального каскаду по перемінному струмі.

 

3.1Визначили межі зміни амплітуд вхідного струму і напруги, вихідного струму і напруги в лінійному режимі роботи підсилювача. Знайшли: Ібm,  Ікm, Uбеm, Uкеm (додаток С );

IБ0=300мкА,

IК0=14мА,

UБЭ0=225мВ,

UКЭ0=5В

 

3.2 Поруч із графіками вхідних і вихідних характеристик транзистора показали характер зміни струмів і напруг у часі у виді кривих:

іб = Ібо + Ібm sіn φt;       (3.1)            uбэ = Uбео + Uбеm sіn φt;  (3.2)

ік = Іко + Ікm sіn φt;      (3.3)           uкэ = Uкео + Uкеm sіn φt;  (3.4)

 

 

відповідним робочим ділянкам цих характеристик.

 

iБ = IБ0 + IБm sin(ωt) =300 + 150sin(ωt) =450А;

iБЭ = UБЭ0 +UБЭm sin(ωt)= 225 + 25sin(ωt) =250В;

iК = IК0 + IКm sin(ωt) =14 + 6sin(ωt)=20А;

iКЭ = UКЭ0 +UКЭm sin(ωt)= 5 + 3sin(ωt) = 8В.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 Розрахунок параметрів елементів підсилювача із ЗЕ.

 

4.1 Розрахуваnи елементи ланцюга термостабілізації Rе і Се.

4.2 Збільшення Rе підвищує глибину негативного зворотного зв'язку у вхідному ланцюзі підсилювача (поліпшує термостабілізацію), з іншого боку, при цьому падає КKД підсилювача з - за додаткових утрат потужності на цьому опорі. Звичайно вибирають величину спадання напруги на Rе порядку (0,1 - 0,3)Ек, що рівносильне виборові Rе = (0,05 - 0,15) Rк у погодженому режимі роботи транзистора. Використовуючи останнє співвідношення вибираємо величину Rе.

  Re ≈ (0,05 . . . 0,15)∙RК =(0,05 . . . 0,15)∙500=25…75 Ом   (4.1)

Ми ж вибираємо значення  Re = 25 Oм .

4.3 Для коллекторно – емітерного ланцюга підсилювального каскаду у відповідності з другим законом Кирхгофа можна записати рівняння електричного стану по постійному струмі

                              (4.2)

                                                            (4.3)

 

 

RК + RЭ=470+30=500  Ом

 ( Rk + Re ) Iк0 < Ek – даний вибір параметрів підходить для подальшого розрахунку .

        Використовуючи  це рівняння скорегувати обрані  по п.п. 2.3 і 2.4 значення Ек або величину Rк.

 

 

 

4.4 Визначили ємність у ланцюзі емітера Се з умови Rе = (5 - 10)Хе, де Хе - ємнісний опір елемента Се. При цьому :

 мкФ, вибрав fн = 100 Гц.     (4.4)

 

 

                                                                              (4.5)

 

4.5 Для виключення шунтуючої дії дільника R1, R2 на вхідний ланцюг транзистора задається опір Rб.

і струм дільника Ід = (2 - 5)Ібо, що підвищує температурну стабільність Uбо.

IД = (2 . . . 5)IБ0=(2…5)∙300∙10-6= 0,6…1,5мА     (4.6)

Виходячи з цього визначити опір R1, і R2, Rб     

;         (4.7)   ;         (4.8)

(4.9)

R1 =

R2

Rб =

 

 

4.6 Визначити ємність розділового конденсатора з умови Rвх = (5 - 10)Хр, де Хр - ємнісний опір розділового конденсатора, Rвх - вхідний опір каскаду. При цьому  

мкФ, а       (4.10)

 

Rвх =                                                                                             (4.11) 

 

 

 

 

                                                                                                  (4.12)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Визначити параметри підсилювального каскаду.

 

1. Коефіцієнт підсилення каскаду по струму Kі

          (5.1)

 Кі = =

2. Вхідний опір каскаду Rвх

 якщо  то      (5.2)

RВх = RБ ║ RВхТр =596,87║66,7=59,99 Ом.

5.3Вихідний опір каскаду Rвих

         (5.3)

RВых =RК/(1 + h22RК) =470/(1+0,375∙10-3∙470)= 399,66Ом.– Співвідношення Rk ≈ Rвих нам підходить .

 

4. Коефіцієнт підсилення по напрузі

=− 40∙(470/59,99)= −313,39     (5.4)              

Кu =  −313,39– для розрахунків беремо це значення.

 

          5.5     Коефіцієнт підсилення по потужності Kр

          (5.5)

Кр = 40∙313,39 =12535,6.

 

     

 

 

 

                

5.6  Корисну вихідну потужність каскаду

 

          (5.6)

 

Рвих =

 

5.7 Повну потужність, що витрачається джерелом живлення  

                                               (5.7)

 

 

 

5.8      ККД каскаду  

           (5.8)

= (9,57/186,06) ∙ 100%= 15,13%.

 

5.9Коефіцієнт нестабільності каскаду S

                                                                                    (5.9)

 

                                                                                     (5.10)

 

 

при цьому S < (2 -7).

 

S = 1.3 –  дане значення влаштовує відношення      S < (2 -7) і підходить нам .

 

10. Верхні і нижня граничні частоти визначаються зі співвідношення для коефіцієнта частотних перекручувань:

 

на нижній частоті                 =1    (5.11)

= 1

де   ;                                                  (5.12)

=)=1220

и верхній частоті                        (5.13)

          =

де   ;                                                       (5.14)

 

Ск = 50пФ– ємність колекторного переходу.

Звичайно вибирається , тоді и .

 

Розраховано вірно,так як відповідають даній умові :

;                    

 

 

 

 

 

 

 

Висновок

 

Електронний підсилювач - це підсилювач електричних сигналів з ​​регулюючими елементами на напівпровідникових або електровакуумних приладах. Електронний підсилювач може являти собою як самостійний пристрій, так і блок (функціональний вузол) у складі якої-небудь апаратури — радіоприймача, магнітофона, вимірювального приладу тощо.

Залежно від способу розміщення початковій робочої точки підсилювального приладу на статичних і динамічних характеристиках розрізняють такі режими підсилення: А, B, С и D.

Даний підсилюючий каскад використовується для підсилення змінного синусоїдального сигналу. Цей каскад  має досить не великий коефіцієнт нестабільності, малу споживану потужність, а також високий коефіцієнт підсилення по току та напрузі.

Він відповідає режиму роботи класу " А ", так як робоча точка знаходиться на середині навантажувальної лінії, що забезпечує найменше не лінійне спотворення підсилюючого сигналу і ККД цього підсилювача складає 15,13%. Використовуємо у підсилювачах високої студійної якості ,з малою споживчою  потужністю та з високим ККД.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Завдання№2:

Доповідь на тему: «Структура, принцип дії, характеристики, параметри та схеми автоматичного зміщення.»

Автоматичне зміщення - негативна напруга сіткового зсуву, створюване не за допомогою спеціального джерела, а за рахунок падіння напруги, викликаної струмом, поточним між анодом і катодом електронної лампи. Для цього в провід катода лампи включається опір R і загальною точкою сіткової і анодної ланцюгів робиться не катод, а інший кінець опору R.

Рис.3 Автоматичне зміщення

Протікає по опору катодний струм Ік створює деяке падіння напруги, внаслідок якого Нижній кінець опору R виявляється під негативною напругою по відношенню до катода. Так як кінець сіткового ланцюга прєднаний теж до нижнього кінця опору R, то і сітка виявляється під тією ж  негативною напругою по відношенню до катода. Це негативна Напруга і грає роль сіткового зсуву. Для того щоб коливання катодного струму, що відбуваються при роботі лампи, що не викликає  коливання сіткового зсуву, Опір R шунтується й достатньо великою ємністю С, при якій стала годині ланцюга RC виявляється значно більше, чи самий повільній період змін катодного струму (порядку 0,1 сек ).

Тоді змінна складова катодного струму проходити через цю ємність без помітного падіння напруги І, отже, величина сіткового зсуву не змінюється при коливанні катодного струму.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Використана література

 

 

1. В.І. Милых „ Электроника и электромеханика. “ Учебное пособие,

2. В.Ю Лавриненко ,, Спарвочник по полупроводниковым приборам“

3. Г.З. Кузнецов ,, Цифровые и анлоговые интегральные микросхемы“

К: Каравела,2006р.376стор.

4. Опадчий Ю.Ф. и др. аналоговая и цифровая электроника: Учебник для вузов / Ю. Ф.Опадчий, О. П. Глудкин, А. І. Гуров; Под.ред. О. П. Глудкин. М.: Телеком,2002. - 768 с.