Справочные данные на транзистор

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

Институт автоматики и вычислительной техники

Кафедра электрофизики

Курсовая работа

ЛИНЕЙНЫЙ ОДНОКАСКАДНЫЙ
УСИЛИТЕЛЬ СИГНАЛА ЗВУКОВОЙ ЧАСТОТЫ

Выполнил
Студент	Андриевский Д.А.
Группа	А-08-11
Дата

Принял
Преподаватель	Кобяк А.Т.
Оценка
Дата

Содержание

1. Задание на проектирование и исходные данные ………….…..... 2. Обоснование и расчет элементов усилительного каскада ….….. 2.1. Принципиальная схема усилительного каскада …….… 2.2. Вольтамперные характеристики транзистора ………… 2.3. Справочные данные на транзистор ……………………. 2.4. Расчет резисторов ………………………………….……. 2.5. Расчет конденсаторов ……………………………….…. 3. Перечень элементов (спецификация) ……………………......…... 4. Моделирование усилительного каскада на ЭВМ ……….……... 4.1. Схема моделирования ………………………….……….. 4.2. Статический анализ схемы ….……...…………….…….. 4.3. Амплитудная характеристика усилителя………….…… 4.4. Частотные характеристики усилителя ……….………... 4.5. Выводы …………………………………………………... 5. Список использованной литературы ……………………..……...

Задание на проектирование и исходные данные

Рассчитать элементы схемы однокаскадного усилителя, удовлетворяющего указанным техническим требованиям:

1. Усилительный каскад выполнить по заданной схеме изображенной на рис.1;

2. Тип транзистора 2N3072;

3. Амплитуда неискаженного выходного сигнала не менее 4.3 В;

4. Коэффициент усиления напряжения K_e при заданном сопротивлении нагрузки Rн и внутреннем сопротивлении источника сигнала Rг не менее указанного (см.стр.3);

5. Усилитель при заданной емкости нагрузки Cн должен обеспечить полосу пропускания fн … fв не хуже указанной (см.стр.3);

6. Температурный: -40С ... +60С.

Вычисление схемы по номеру в журнале

N=130*Nгр+ Nст = 1041, где Nст = 1- номер студента по журналу

Nгр = 8- номер группы

Выбор транзистора:

Остаток (N / 30) + 1= 22 => транзистор 2N3072

Выбор схемы:

Транзистор p-n-p => выбираем схему на рис.2

Выбор минимальной амплитуды неискаженного сигнала:

Остаток (N / 8) + 1= 2 => амплитуда 4.3 В

Выбор коэффициента усиления напряжения, внутреннего сопротивления источника и сопротивления нагрузки:

Остаток (N / 6) + 1= 4 => Ke = 5, Rн = 1500 Ом, Rг = 250 Ом

Выбор полосы пропускания:

Остаток (N / 6) + 1= 4 => fn = 200 Гц, fв = 14 кГц, Сн = 800 пФ

Обоснование и расчёт элементов усилительного каскада

Принципиальная схема усилительного каскада

Рис. 1 Принципиальная схема усилительного каскада

Вольтамперные характеристики транзистора

Рис. 2 Входная вольтамперная характеристика (ВАХ) транзистора 2N3072

Рис. 3 Выходная вольтамперная характеристика (ВАХ) транзистора 2N3072

Справочные данные на транзистор

- Статический коэффициент передачи тока биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером .

- Предельная частота коэффициента передачи тока МГц.

- Предельно допустимый ток коллектора мА.

- Максимально допустимое постоянное напряжение эмиттер-база В.

- Максимально допустимое постоянное напряжение коллектор-база В.

- Максимально допустимое постоянное напряжение коллектор-эмиттер В.

- Максимально допустимая постоянная рассеиваемая мощность коллектора Вт.

- Емкость коллекторного перехода пФ.
- Емкость эмиттерного перехода пФ.

Расчет резисторов

По выходной ВАХ транзистора определим границу режима насыщения В.

Запас для ухода рабочей точки из-за термонестабильности В.

Амплитуда неискаженного выходного сигнала В.

Тогда напряжение коллектор-эмиттер в рабочей точке 7.3 В.

Источник питания – источник ЭДС с напряжением 20 В.

U_Е = 2U_вых

Ток рабочей точки I_A > I_~ + I_к0, где

I_к0 = 2 мА – тепловой ток,

I_~ = = 3

I_A>10.6 мА.

Выберем точку, лежащую на характеристике, ей соответствует ток I_A =12.4 мА.

Проведем нагрузочную прямую для постоянного тока через точки (0, Е_пит) и (U_кэа, I_а).

Из построенной нагрузочной прямой можно определить:

R₌ = = R_э+R_к

R₌ = Ом

Пусть R_к = 3 R_э= > R_э= 256 Ом

R_к = 3*R_э= 768 Ом.

Округлим значение R_к до чиселв из ряда Е24:

R_к=750 Ом

Для построения нагрузочной прямой по переменному току необходимо рассчитать величину R_~ равную R_к || R_н и, задавшись приращением напряжения в 1В, определить соответствующее ему приращение тока: I = 1 / R_~.

R_~ = = = 500 Ом

I = 2 мА

Рис 4. Нагрузочные прямые по постоянному и переменному току.

По графику видно, что нагрузочные прямые лежат ниже линии допустимой мощности: то есть транзистор в данном режиме не выйдет из строя вследствие перегрева. Пределы измерения токов лежат много ниже допустимого значения тока 50 мА. Максимально возможное напряжение ограничено напряжением источника питания и не превышает 60В.

Определим сопротивления резисторов входной цепи R₁ и R₂

1. Из условия термостабильности рабочей точки можно вывести следующую формулу:

– R_э, где

I_{к доп} = U_T / R₌=0.00195 А,

I_бА = I_А / =0.000155 А,

∆ = _max – =100,

= – ξ T=-0.06 В, ξ = 1 мВ/◦С, T=60 – максимальное отличие температуры от нормальной.

R_б ≤ 3.5 кОм

Величина R_б оказалась больше нуля, следовательно, нам удалось обеспечить термостабильность.

2. Из условия стабильности положения рабочей точки была выбрана величина U_T, тогда можно найти:

I_к = U_T / R₌=0.00195 А.

I_к = I_к1 + I_к2, где

I_к1 = ξ T / R_э=0.000234 А – уход рабочей точки из-за влияния температуры,

ξ = 1 мВ/◦С.

I_к2 = 0.00172 А.

I_к2 = – уход рабочей точки из-за технологического разброса параметра ,

где

∆ β = β_max – β=100,

= = 0.10014, а

I_А – значение тока коллектора.

Отсюда найдем R_б = 2300 Ом.

3. Из условия I₁ >> I_бА , I₂ >> I_бА , где I_бА = I_А / . Тогда можно принять I₁ = 10 I_бА , и с помощью уравнений, составленных по законам Кирхгофа:

I₁ = I₂ + I_бА

= U_бэ + I_э R_э = 0.7 + ( ) I_бА R_э

= I₂ R₂

E_п = I₁ R₁ + I₂ R₂

I₁=0.00155

I₂= 0.001395

= 3.914

Из этой системы уравнений выразим и найдем R₁ и R₂

R₁ = 10378 Ом

R₂ = 2805 Ом

Округлим значения до чисел из ряда Е24:

R₁ = 10 кОм и R₂ = 2.7 кОм