Расчет усилителя низкой частоты на транзисторе

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ

СООБЩЕНИЯ

 

 

 

 

 

 

 

КАФЕДРА ЭЛЕКТРОИНИКИ И ЗАЩИТА ИНФОРМАЦИИ

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

ПО ТЕМЕ: «РАСЧЕТ УСИЛИТЕЛЯ  НИЗКОЙ ЧАСТОТЫ НА ТРАНЗИСТОРЕ»

 

 

 

 

 

 

 

ВЫПОЛНИЛА СТУДЕНТКА ГРУППЫ КОНЕНКОВА В.В.

ПРОВЕРИЛА  ДОЦ. НЕФЕДКИНА Г.Ф.

 

 

 

 

 

МОСКВА 2009-2010 г.

Введение

Интегральные схемы делятся  на цифровые и аналоговые. Аналоговые схемы оперируют сигналами, представленными в аналоговой форме. Простейшими являются усилительные ячейки, усиливающие сигнал по мощности при сохранении формы сигнала. Сюда же относятся многокаскадные усилители, операционные усилители, преобразователи частоты, стабилизаторы и т.д.

В аналоговых схемах используется линейный участок передаточной характеристики, зависящий от выходного напряжения.

 

 

 

 

 

Для биполярных схем транзистор на этом участке работает в активном режиме.

В зависимости от полосы частот обрабатываемого сигнала, усилители  подразделяются на широкополосные и узкополосные.

По мощности усилители  делятся на маломощные и мощные усилители. Маломощные – мощность, отдаваемая в нагрузку, значительно меньше мощности, потребляемой усилителем. Мощные усилители -  эти мощности сравнимы.

Имеется 2 вида усилителей низкой частоты с мощным выходным каскадом: трансформаторные и безтрансформаторные.

При проектировании трансформаторных каскадов усиление мощности обеспечивается согласно с их нагрузкой и каскадом предварительно усиления.  Что позволяет наиболее полно реализовать усилительные способности транзистора, максимально использовать его по допустимой мощности рассеяния при максимальном коэффициенте полезного действия вне зависимости от величины источника питания. В схемном отношении трансформаторные каскады проще, их наладка менее трудоемка.

Безтрансформаторные усилители имеют меньшие габариты и у них можно получить более качественные показатели при использовании транзисторов одинакового типа и одинаковой величины выходной мощности. Однако кпд безтрансформаторных каскадов ниже и имеют максимальное значение только при определенном напряжении источника питания. При одинаковом усилении количество транзисторов в безтрансформаторном усилителе всегда больше чем в трансформаторном. И наладка безтрансформаторного усилителя более трудоемкая.

Окончательный каскад, являясь основным потребителем мощности от источника питания вносит наибольшую часть нелинейных и частотных искажений. Если мощность нагрузки не превышает 20 мВт, то можно использовать однотактный каскад. При мощности 20-70 выгодней применять двухтактные каскады, работающие в режиме АБ, а при большей мощности нагрузки – двухтактный каскад в режиме работы Б.

 

Схема простейшего усилительного  каскада с RC связью.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lг, Rг – ЭДС т внутреннее сопротивление  источника входного сигнала

С1,С2  - разделительные конденсаторы (не пропускают постоянную составляющую сигнала)

Rб – токозадающий резистор, с помощью которого определяется положение рабочей точки транзистора

Емкость разделительного  конденсатора выбирается достаточно большой  для того, чтобы в полосе рабочих  частот усилителя сопротивления конденсаторов переменной составляющей сигнала можно было не учитывать.

Усилительные каскады  из-за наличия разделительных конденсаторов  по постоянной составляющей сигнала  работают совершенно независимо от источника  сигнала и от нагрузки.

Для базовой цепи записываем уравнение по 2 закону Кирхгофа

 

 

резистор Rб фиксирует постоянную составляющую тока на входе в транзистор

 

 

 

 

 

 

 

Данная схема позволяет  получить усиление по току, напряжению и мощности. Входное и выходное напряжение изменяется в противофазе.

 К усилителям предъявляются  следующие требования:

 

 

 

 

 

 

Выбор типа транзистора.

Транзистор выбирается по необходимой величине допустимой мощности рассеивания на коллекторе

 

 

 

 

 

 

 

P  - мощность переменного тока, отдаваемая окончательный каскадом

Р рас – мощность рассеиваемая трансформатором в режиме А

    - кпд выходного  трансформатора

 

 

Все транзисторы требуют  обеспечения им определенного вида смещения. В транзисторе переход  к-б в обратном, а э-б в прямом.

Требуемое смещение достигается  с помощью подачи напряжения на соответствующие  элементы транзистора. Задача цепи смещения состоит в установки соотношения  тока и напряжения цепей коллектора и эмиттера для рабочей точки  данной схемы и сначала выбирается транзистор по необходимой величине допустимой мощности рассеивания на коллекторе.

 

 

                         

 

 

На этапе расчета цепи смещения необходимо выбрать номиналы, подключенные к эмиттеру и базе транзистора  сопротивлений. Цепи смещения должны поддерживать требуемый ток базы при наличии температурных изменений. Это достигается с помощью Rэ.

Определение тока базы будем  проводить графическим способом.

Для нахождения рабочей точки  строим нагрузочную прямую по оси  абсцисс, откладываем напряжение питания, а по оси ординат вычисляем  ток коллектора. Сопротивление коллектора примем равным сопротивлению нагрузки для обеспечения максимальной передачи мощности.

 

Соединяем обе точки прямой.

Примерно на середине прямой (для уменьшения искажений) выбираем рабочую точку. По полученной точке  находим примерное значение тока базы

 

Коэффициент усиления схемы  по току приблизительно равен

 

 

Сопротивление Rэ определяется на основе компромисса между стабильностью и коэффициентом усиления.

Увеличение значения Rэ относительно сопротивления Rк повышает стабильность, но понижает коэффициент усиления по напряжению.

Увеличение Rэ относительно Rб повышает стабильность, но понижает коэффициент усиления по току, поэтому Rэ выбирается

 

Емкость Cэ должна иметь сопротивление переменного тока в 10 раз меньше, чем номинал Rэ, отсюда:

 

 

 

 

К полученным значениям сопротивления  и емкостей подбираем соответствующие  номиналы.

Коэффициент усиления по току,

Коэффициент усиления по напряжению.