Розрахунок каскаду транзисторного підсилювача напруги низької частоти з реостатно-ємнісним зв’язком.

Послідовність розрахунку наводиться для транзистора, включеного за схемою із спільним емітером (СЕ).

Вихідні дані:

1) максимальна напруга на виході каскаду Uвих.max (максимальна напруга на навантаженні);

2) опір навантаження Rн;

3) нижня гранична частота fн;

4) допустимі значення коефіцієнта частотних викривлень каскаду в області нижніх частот Мн;

5) напруга джерела живлення Uжив.

Зауваження. Вважати, що каскад працює в стаціонарних умовах (Tmin = +15°С; Тmax = +25°С). При розрахунку впливом температури на режим транзистора нехтуємо.

Визначити:

1) тип транзистора;

2) режим роботи транзистора;

3) опір колекторного навантаження Rк;

4) опір в колі емітера Re;

5) опори дільника напруги R1 i R2, який стабілізує режим роботи транзистора;

6) ємність роздільного конденсатора Ср;

7) ємність конденсатора в колі емітера Се;

8) коефіцієнт підсилення каскаду по напрузі KU.

Порядок розрахунку.

1. Обирається тип транзистора, керуючись такими міркуваннями:

а) Uке. доп ≥ (1,1÷1,3) Uжив, де Uке. доп – найбільша допустима напруга між колектором і емітером, наводиться в довідниках;

б) Ік доп > 2Ін.m = 2Uвих.m /Rн, де Iн.m – найбільша можлива амплітуда струму навантаження; Ік доп– найбільший допустимий струм колектора, наводиться в довідниках.

Зауваження:

1) Заданому діапазону температур задовольняє будь-який транзистор.

2) Для обраного типу транзистора виписати з довідника значення коефіцієнтів підсилення за струмом для СЕ βmin і βmax. В деяких довідниках наводиться коефіцієнт підсилення за струмом α для схеми СБ і початковий струм колектора Ік.п. Тоді β = α / (1– α) (при виборі режиму роботи транзистора необхідно виконувати умову Ік.min ≥ Ік.п).

3) Для каскадів підсилювачів напруги звичайно застосовують малопотужні транзистори типу ГТ-108, ГТ-109, МП-20, МП-21, МП-25, МП-40, МП-41, МП-42, МП-111, МП-113 та ін.

Розрахунок каскаду транзисторного підсилювача напруги низької частоти з реостатно-ємнісним зв’язком. - student2.ru 2. Режим роботи транзистора визначається по навантажувальній прямій, побудованій на сімействі вихідних статичних (колекторних) характеристик для СЕ. Побудова навантажувальній прямої показана на вихідних характеристиках транзистора.

Навантажувальна пряма 1­­­–4 будується по двом точкам: т. 0 – точка спокою (робоча) і т. 1, яка визначається величиною напруги джерела живлення Uжив. Координатами т. 0 є струм спокою Ік0 і напруга Uке0(тобто струм і напруга, що відповідають Uвх= 0).

Можна прийнятиІк0 = (1,05÷1,2)·Івих ≈ (1,05÷1,2)Ін.m.

Напруга спокою Uке0 = Uвих.m + Uост= Uк.m + Uост,

де Uост – найменша допустима напруга Uке.При Uке < Uост виникають значні нелінійні викривлення, оскільки в робочу зону попадають ділянки характеристики, які мають велику кривизну. Для малопотужних транзисторів можна прийняти Uост = 0,5÷1,0 В.

3. Визначається величина опорів Rкi Re.

По вихідним характеристикам визначаємо Rзаг = Rк + Re – загальний опір в колі емітер–колектор Rзаг = Uжив /I, де I – струм, що визначається т. 4, тобто точкою перетину навантажувальної прямої із віссю струмів.

Приймаючи Rе= (0,15÷0,25)Rк, отримаємо

Rк = Rзаг /(1,15÷1,25); Re = Rзаг – Rк.

4. Визначаються найбільші амплітудні значення вхідного сигналу струму Івх.max і напруги Uвх.max, необхідні для забезпечення заданого значення Uвих.max. Задавшись найменшим значенням коефіцієнта підсилення транзистора за струмом βmin, отримаємо Івх.max = Iб.max = Iк.max / βmin, причому Івх.maxне повинно перевищувати величини Розрахунок каскаду транзисторного підсилювача напруги низької частоти з реостатно-ємнісним зв’язком. - student2.ru , де для малопотужних транзисторів І'б.max ≈ 1÷2 мА, І'б.min ≈ 0,05 мА.

По вхідній статичній характеристиці для схеми СЕ і знайденим значениям Іб.m і Іб.min знаходять величину 2Uвх.m.

5. Визначається вхідний опір Rвх каскаду змінному струму (без врахування дільника напруги R1i R2):

Розрахунок каскаду транзисторного підсилювача напруги низької частоти з реостатно-ємнісним зв’язком. - student2.ru

6. Визначаються опори дільника R1i R2.Для зменшення шунтуючої дії дільника на вхідне коло

Розрахунок каскаду транзисторного підсилювача напруги низької частоти з реостатно-ємнісним зв’язком. - student2.ru

каскаду по змінному струму приймають R1–2 ≥ (8÷12)Rвх,де R1–2= R1·R2/(R1 + R2).Тоді:

Розрахунок каскаду транзисторного підсилювача напруги низької частоти з реостатно-ємнісним зв’язком. - student2.ru

7. Визначається коефіцієнт нестабільності роботе каскаду: Розрахунок каскаду транзисторного підсилювача напруги низької частоти з реостатно-ємнісним зв’язком. - student2.ru ,де βmax – найбільш можливий коефіцієнт підсилення за струмом вибраного типу транзистора.

Для нормальної роботи каскаду коефіцієнт нестабільності S не повинен перевищувати кількох десятків одиниць.

8. Визначається ємність роздільного конденсатора Ср:

Розрахунок каскаду транзисторного підсилювача напруги низької частоти з реостатно-ємнісним зв’язком. - student2.ru , де Rвих.т – вихідний опір транзистора, що визначається за вихідними статичним характеристикам для схеми СЕ. В більшості випадків Rвих.т ≥ Rк,тому можна прийняти Rвих ≈ Rк + Rн.

9. Визначається ємність конденсатора Розрахунок каскаду транзисторного підсилювача напруги низької частоти з реостатно-ємнісним зв’язком. - student2.ru .

10.Визначається коефіцієнт підсилення каскаду за напругою:

Розрахунок каскаду транзисторного підсилювача напруги низької частоти з реостатно-ємнісним зв’язком. - student2.ru .

Наведений порядок розрахунку не враховує вимоги на стабільність роботи каскаду.

Приклад.Розрахувати каскад транзисторного підсилювача напруги для схеми з спільним емітером (див. наведену схему):

Uвих.m = 4 В; Rн = 500 Ом; fн = 100 Гц; Мн = 1,2; Uжив = 12 В.

Розрахунок.

1.а) Uке. доп ≥ 1,2·Uжив = 1,2·12 = 14,4 В;

б) Ік доп > 2Ін.m = 2·Uвих.m /Rн = 2·4/500 = 0,016 А = 16 мА.

Вибираємо транзистор МП-42А, для якого Ік доп = 30 мА, Uке. доп = 15 В, βmin = 30, βmax = 50, Ік.min доп = 25 мкА.

2. Для побудови навантажувальної прямої знаходимо (робочу) точку спокою (точка 0), для цього визначаємо

Ік0 = 1,2·Ін.m = 1,2·8 = 9,6 мА;

Uке0 = Uвих.m + Uост= 4 + 1 = 5 В.

Друга точка (точка 1) навантажувальної прямої Uке= Uжив = 12 В, Ік = 0.

По отриманим величинам будується навантажувальна пряма.

3.На статичних вихідних характеристиках по навантажувальній прямій знаходимо І = 16,5 мА, звідки

Rзаг = Uжив /I = 12/(16,5·10–3) = 727 Ом.

Отже,

Rк = Rзаг /1,2 = 727/1,2 = 606 Ом;. Re = Rзаг – Rк = 727 – 606 = 121 Ом.

4. Найменший коефіцієнт підсилення за струмом (для схеми СЕ) для транзистора МП42А βmin = 30. Тоді з навантажувальної прямої (при Uост = 1 В) Iк.max = 15 мА і:

Івх.max = Іб.max = Iк.max / βmin = 15/30 = 0,5 мА,

що не перевищує величини Розрахунок каскаду транзисторного підсилювача напруги низької частоти з реостатно-ємнісним зв’язком. - student2.ru

Амплітуда вхідного струму Іб m = (Iб.max – І'б.min) / 2 = (0,5 – 0,05) / 2 = 0,225 мА.

За вхідною статичною характеристикою (для схеми СЕ):

Uбе.min = 0,11 В; Uбе.max = 0,33 В

2·Uвх.m = Uбе.max – Uбе.min = 0,33 – 0,11 = 0,22 В.

5. Знаходимо вхідний опір транзистора змінному струму:

Розрахунок каскаду транзисторного підсилювача напруги низької частоти з реостатно-ємнісним зв’язком. - student2.ru

6. Для визначення R1 і R2 знаходимо R1–2≥ 8Rвх = 8·489 ≈ 4000 Ом. Звідки:

Розрахунок каскаду транзисторного підсилювача напруги низької частоти з реостатно-ємнісним зв’язком. - student2.ru

Розрахунок каскаду транзисторного підсилювача напруги низької частоти з реостатно-ємнісним зв’язком. - student2.ru

7. Визначаємо, чи буде схема достатньо стабільна

Розрахунок каскаду транзисторного підсилювача напруги низької частоти з реостатно-ємнісним зв’язком. - student2.ru

Отже, робота розрахованого каскаду достатньо стабільна.

8. Визначаємо ємність Ср:

Розрахунок каскаду транзисторного підсилювача напруги низької частоти з реостатно-ємнісним зв’язком. - student2.ru

Приймаємо Ср = 3,0 мкФ.

9. Визначаємо ємність Се

Розрахунок каскаду транзисторного підсилювача напруги низької частоти з реостатно-ємнісним зв’язком. - student2.ru

Для повного усунення від’ємного зворотного зв’язку необхідно включити Се > 132 мкФ. Ця ємність занадто велика. Звичайно використовують Се = (10÷30) мкФ. Приймаємо Се = 20 мкФ.

10.Коефіцієнт підсилення каскаду по напрузі буде дорівнювати

КU = Uвих.m / Uвх.m = 4/0,11 = 36,4.

Наши рекомендации