Расчет усилителя

СОДЕРЖАНИЕ: 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

РЕФЕРАТ 

     Данный  курсовой проект содержит:

     Страниц – 22;

     Рисунков  – 13;

     Таблиц  – 1. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ИСХОДНЫЕ  ДАННЫЕ

на курсовое проектирование по дисциплине:«Основы схемотехники»

на тему:«Расчет усилителя низкой частоты» 

Вариант № 3 

       Рассчитать транзисторный усилитель, который, имея входное сопротивление и сопротивление нагрузки , должен обеспечить коэффициент усиления по напряжению . Усилитель выполняется на p-n-p транзисторах типа 2N3251. Напряжение источника питания . Потребляемый усилителем ток при отсутствии сигнала .  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. РАСЧЕТ  УСИЛИТЕЛЯ, С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВКЛЮЧЕНИЯ ТРАНЗИСТОРОВ ПО СХЕМЕ С ОЭ (С РЕЗИСТИВНО-ЕМКОСТНЫМИ МЕЖКАСКАДНЫМИ СВЯЗЯМИ). 

         Определяем, сколько каскадов усиления  должен иметь усилитель. Для  этого по формуле 

,

находим необходимый общий коэффициент  усиления по току

.

       Один  каскад усиления на биполярном транзисторе  по схеме с общим эмиттером  может обеспечить максимальный коэффициент  усиления по переменному току на низкой частоте приблизительно .

       Чтобы усилитель обеспечивал требуемый коэффициент усиления без предварительного отбора транзисторов по величине параметра (β), при расчете следует исходить из приводимой в справочниках минимальной величины параметра Для транзистора типа 2N3251 .

       Зная  коэффициент усиления по току всего  усилителя  и коэффициент усиления по току одного каскада , определяем число каскадов усилителя .

,

.

       Поскольку количество каскадов усиления не может  быть дробным, округляем  до большего целого значения. Избыток усиления можно будет при необходимости компенсировать введением отрицательной обратной связи, что увеличит стабильность усилителя и сделает схему менее чувствительной к разбросу коэффициентов усиления транзисторов.

       В рассматриваемом случае требуемое  усиление можно получить с помощью  двух каскадов т.е. .

Рис.1.1 - Схематическое представление усилителя, с помощью двух каскадов.

2. РАСЧЕТ  УСИЛИТЕЛЯ ПО ПОСТОЯННОМУ ТОКУ.

         Определяем величины резисторов  в первом каскаде усилителя,  при которых будет обеспечена  выбранная рабочая точка и  коэффициент температурной нестабильности тока коллектора . Задаем ток коллектора первого транзистора исходя из обеспечения минимального коэффициента шума. На графиках для коэффициента шума ( ) определяем величину тока коллектора по характеристике, соответствующей заданному сопротивлению источника сигнала. В рассматриваемом примере , что соответствует току коллектора .

Рис.2.1 - Зависимость коэффициента усиления и граничной частоты от тока коллектора для транзистора 2N3251

       Выбираем  схему температурной стабилизации с делителем напряжения в цепи базы (рис.2.1). Производим расчет каскада по постоянному току.

Необходимые соотношения  , , , , , .

         Вычисляем величину резистора нагрузки коллектора. Исходя из линейного режима работы транзистора (класс А) необходимо, чтобы напряжение на коллекторе было примерно равно половине напряжения питания , задаем напряжение на коллекторе . Применяя закон Ома, вычисляем величину коллекторного резистора.

       Определяем  падение напряжения на резисторе в цепи эмиттера, прежде чем вычислять  значение этого резистора. Падение напряжения на эмиттерном резисторе должно составлять  5 - 10 процентов от напряжения питания . Для этой схемы задаем 1 вольт, который соответствует приблизительно 10 процентам.

       Рассчитываем  величину резистора  следующим образом:

.

Поскольку ток  базы в  раз меньше тока коллектора, что для данного транзистора составляет минимум 150 раз, расчет ведем без учета тока базы и принимаем .

       

.

         Рассчитываем величины резисторов  базового делителя. Задаем коэффициент  температурной нестабильности каскада  .

       Рассчитываем вспомогательный параметр – эквивалентное стабилизирующее сопротивление:

    

    

    

         Определяем величины резисторов  во втором каскаде усилителя,  при которых будет обеспечена  выбранная рабочая точка и коэффициент температурной нестабильности тока коллектора . Задаем ток коллектора первого транзистора исходя из обеспечения максимального усиления. На графиках для коэффициента усиления определяем величину тока коллектора по характеристике . Принимая во внимание характеристику зависимости верхней граничной частоты от тока коллектора . Поскольку максимум характеристик практически совпадает, выбираем ток коллектора второго каскада равным .

 

Рис.2.2-Зависимость коэффициента усиления и граничной частоты от тока коллектора для транзистора 2N3251.

         Вычисляем величину резистора нагрузки коллектора. Исходя из линейного режима работы транзистора (класс А) необходимо, чтобы напряжение на коллекторе было примерно равно половине напряжения питания , задаем напряжение на коллекторе . Применяя закон Ома, вычисляем величину коллекторного резистора.

       Определяем  падение напряжения на резисторе  в цепи эмиттера, прежде чем вычислять  значение этого резистора. Падение напряжения на эмиттерном резисторе должно составлять  5 - 10 процентов от напряжения питания . Для этой схемы задаем 1 вольт, который соответствует приблизительно 10 процентам.

       Рассчитываем  величину резистора  следующим образом:

.

Поскольку ток  базы в  раз меньше тока коллектора, что для данного транзистора составляет минимум 150 раз, расчет ведем без учета тока базы и принимаем .

       

.

         Рассчитываем величины резисторов  базового делителя. Задаем коэффициент  температурной нестабильности каскада .

       Рассчитываем  вспомогательный параметр – эквивалентное  стабилизирующее сопротивление:

    

    

      
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     
 
 

3. РАСЧЕТ УСИЛИТЕЛЯ ПО ПЕРЕМЕННОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ.

       Для расчета усилителя по переменной составляющей составим эквивалентную  схему для средних частот рабочего диапазона. При составлении схемы  учитываем, что вывод источника  питания по переменной составляющей соединен с общей точкой схемы. Поэтому все элементы, подключенные на принципиальной схеме к источнику питания, соединяем на эквивалентной схеме с общей точкой. Разделительные емкости при правильном расчете имеют на средних частотах достаточно малое сопротивление, и на эквивалентной схеме их замыкаем. Аналогично, емкости, которые шунтируют резисторы в цепях эмиттеров, представляют практически короткое замыкание для токов средних частот рабочего диапазона. Следовательно, можно считать, что эмиттер каждого транзистора соединен непосредственно с общей точкой схемы. Каждый транзистор принципиальной схемы заменяем в эквивалентной схеме четырехполюсником. В результате эквивалентная схема усилителя (на рис1.1.) приобретает вид, показанный на рис.3.1.

       Принимаем такой порядок расчета. Сначала определим коэффициент усиления по току каждого транзистора (двигаясь от последующих каскадов к предыдущим, т.е. от выходных зажимов усилителя к его входным зажимам). Затем определим коэффициент усиления по току всего усилителя, а после этого — коэффициент усиления по напряжению. При расчете будем применять формулы из таблицы 3.1

       Таблица 3.1 - Формулы для расчетов