Условия задания

Рассчитать схемные элементы каскада и его параметры. Определить требования к источнику входного сигнала. Для выбранного типа транзистора и напряжения источника питания рассчитать параметры усилительного каскада, построенного по схеме ОБ и ОК. Привести схемы рассчитанных каскадов.

Исходные данные

Усилительный каскад, построенный по схеме ОЭ, работает при следующих условиях:

• Диапазон рабочих частот 60 Гц…5 кГц N2+1…N3+2

• Сопротивление нагрузки: 400 Ом N1+2*10^2

• Амплитуда выходного сигнала 6 В N2+1

• Диапазон рабочих температур: (15…40)°С

Расчетная часть

1. Расчёт схемы с ОЭ

15. Схема с ОЭ

1. Выбор транзистора

По частотному диапазону, току на нагрузке и уровню выходного сигнала выбираем транзистор.

Выбираем транзистор МП-39

Параметры [7,8] :

Частотный диапазон до 500кГц

Допустимая температура: (-60…84) °С

2. Выбор источника питания

С учетом этого соотношения и стандартного ряда элементов питания, выберем питающее напряжения

3. Определение точки покоя

16. Выходная характеристика МП-39

Красным допустимые границы рабочей зоны.

Синим показана нагрузочная прямая по постоянному току, проходит через точки (E_K;0) и (0;I_кз).

4. Задание максимального тока коллектора

Задаём ток короткого замыкания

5. Практический расчет параметров усилителя

6. Расчет мощности рассеиваемой на коллекторе

Ограничения по мощности не превышены.

7. Расчет сопротивления коллектора и эммитера

Стандартный

Стандартный

8. Расчет сопротивления нагрузки по переменному току

9. Определение коэффициента усиления по напряжению

Знак « - » свидетельствует об изменении фазы выходного напряжения на 180° [3]

10. Расчет коэффициента усиления по току [3]

,тогда

11. Расчет коэффициента усиления по мощности

Как показано в [3], коэффициент усиления по мощности равен:

Подставим рассчитанные значения:

12. Определение сопротивления базового делителя

Задаём ток делителя:

Напряжение на базе

Выбираем стандартный :R1 =6200 Ом

Стандартный

13. Расчет резисторов по мощности

Стандартные 0.125 Вт

14. Расчет конденсаторов

Воспользовавшись формулой

Получим:

Применим данные формулы к схеме:

Отсюда получаем:

Стандартный 1,5 мФ

Из схемы видно, что

Следовательно:

Стандартный 300 мкФ

Также имеем, что:

Резисторы R1 иR2 по переменному току соединены параллельно.

Следовательно:

А значит:

Стандартный 200мкФ

15. Расчет параметров источника сигнала

17. Эквивалентная схема включения источника сигнала в цепь

Примем потери равные 0.8

И условие ,что

Найдём сопротивление генератора :

Следовательно:

;

;

;

;

Для расчета ЭДС источника найдём входное напряжение транзистора по входной характеристике.

Зная, U_КЭдля схемы и зная ток базы найдем входное напряжение транзистораU_m=U_бэ.

Примерно , он будет равен 0,27 В для тока базы 0,15 мА и напряжения коллектор-эммитер 3 В.

Тогда, из формулы

Можно найти E_Г, вспоминая, что коэффициент ослабления равен 0.8

В [3] приведена формула для расчета ЭДС источника сигнала:

Как видно, результаты близки, что доказывает правильность решения.

16. Расчет термокомпенсации

Температурная нестабильность тока коллектора:

,где

Рассчитаем q:

Рассчитаем изменение тока коллектора:

,где

A=2 для германиевых транзисторов

А=2.3 для Кремниевых транзисторов

По справочнику [7]

Найдем :

2. Расчет схемы с ОК

18. Схема с ОК

По своей структуре схема каскада ОК аналогична каскаду ОЭ, только роль резистора RKздесь выполняетRЭ. Кроме того, поскольку сопротивление резистораRЭ велико и оно не шунтируется конденсатором, то цепь охвачена 100% отрицательной обратной связью. Поэтому выходное напряжение, снимаемое с эмиттера транзистора, практически равно входному напряжению и совпадает с ним по фазе. Из-за этого свойства каскад ОК часто называют эмиттерным повторителем.

Управляющим является ток базы, а выходным ток эмиттера.

Известно, что :

Известно, что на RЭ падает половина напряжения питания.

Известно также, что:

Поэтому используются те же характеристики, что и для каскада с ОЭ.

По выходной характеристике для схемы ОЭ построим нагрузочную характеристику, проходящую через точки

Зададимся током КЗ исходя из того , что

Значит, Ток КЗ для каскада ОК будет:

Выбираем

19. Выходная характеристика МП-39 при схеме включения ОК

Ток коллектора должен лежать примерно по середине линии значит выбираем его:

Найдем I_Э:

Как сказано в [3]

Рассчитаем R_Э

Напряжение на Базе транзистора должно быть больше на 0.3 В для германиевого транзистора.

Выбираем стандартный 3900 Ом

Выбираем стандартный 2700Ом

Расчет конденсаторов:

Из схем определяем:

Воспользовавшись формулой

Получим:

Воспользуемся данными формулами:

Выбираем стандартный 100 мкФ

Стандартный 400 мкФ

Расчет Мощностей резисторов:

Стандартный 0.125 Вт.

Расчет коэффициента усиления по току:

Расчет коэффициента усиления по напряжению:

Расчет коэффициента усиления по мощности:

Расчет источника сигнала:

Расчёт проводится аналогично как для схемы с ОЭ.

Примем потери равные 0.8

И условие ,что

Найдём сопротивление генератора :

Следовательно:

;

;

;

;

Как указано в [3] найдем ЭДС источника.

3. Расчет схемы с ОБ

21. Усилительный каскад ОБ

Определение тока коллектора покоя.

I_{K доп}=20 мА

U_{кб доп}=15 В

22. Выходная характеристика МП-39 в схеме ОБ

Зададимся током короткого замыкания:

Нагрузочная прямая по постоянному току проходит через точки (E_K;0) и (0;I_кз).

Выбираем рабочую точку посередине

Расчитаем из практических соотношений напряжение на коллекторе и эмиттере

Расчет сопротивления коллектора и эммитера

Стандартный

Стандартный

Сопротивление нагрузки по переменному току:

Определим сопротивление базового делителя:

Зададимся током делителя:

Напряжение на базе:

Стандартный резистор 8660 Ом

Выбираем стандартный 1470 Ом

Расчет резисторов по мощности:

Стандартные значения мощности: 0.125 Вт

Расчет коэффициента усиления по току

Из [6]

Расчет коэффициента усиления по напряжению

Из теории известно, что:

Значит,

Отсутствие знака «-» обусловлено тем, что каскад с ОБ не инвертирует фазу.

Коэффициент усиления по мощности:

Расчёт конденсаторов схемы:

Воспользовавшись формулой

Получим:

Применим данные формулы к схеме:

Стандартный 170 мкФ

Стандартный 110 мкФ

Стандартный 300 мкФ

Расчет параметров источника сигнала

Примем потери равные 0.8

И условие ,что

Найдём сопротивление генератора :

Следовательно:

;

;

;

;

Как указано в [3] найдем ЭДС источника.

Рассчитанные схемы:

24. Рассчитанная схема усилителя по схеме ОЭ

25. Рассчитанная схема усилителя по схеме ОК

26. Рассчитанная схема усилителя по схеме ОБ