Курсовой проект Расчет усилительного каскада на транзисторе

Вид материала

Содержание

Исходные данные.
Выбор схемы включения.
Классическая схема.
Расчет усилителя по постоянному току.
Расчет усилителя по переменному току.
Определение входного сопротивления.
Определение коэффициента усиления по напряжению и по току.
Определение выходного сопротивления.
Частотные свойства.
Область средних звуковых частот.
Область низких звуковых частот.
Определим Ср для низшей граничной частоты входного сигнала fн = 80Гц

Подобный материал:

(...В представленной на сайте версии работы изменены числовые данные. Для получения работы с корректными величинами, обратитесь на www.diplomant-spb.ru ...)

Курсовой проект

Расчет усилительного каскада на транзисторе

Постановка задачи.

В данном курсовом проекте требуется разработать каскад предварительного усиления: выбрать транзистор, биполярный или полевой, изобразить схему, продумать, какой каскад должен быть использован (ОЭ, ОК, ОБ, ОЗ, ОС, ОИ), выполнить электрический расчет схемы.
^

Исходные данные.

не менее	не менее	не менее	не менее	не менее
5	10 Ом	10 кОм	80 Гц	12 В

Выбор схемы включения.

Т.к.

, и входное сопротивление

=10 Ом –мало, то целесообразно выбрать схему с общим эмиттером.
^

Классическая схема.

Здесь

- разделительные конденсаторы, которые нужны для того, чтобы:

Источник входного сигнала и нагрузка не изменяли режима транзистора по постоянному току
Не пропускать в нагрузку постоянную составляющую выходного тока

предназначены для задания рабочей точки.

- сопротивление нагрузки

- напряжение питания

.

^

Расчет усилителя по постоянному току.

Режим работы по постоянному току определяется элементами

и параметрами транзистора. Исходя из заданных условий:

В, поэтому возьмем

В

Обычно

Возьмем

В

Зададим

Ом

мА

Исходя из этих параметров, для реализации каскада выберем транзистор КТ326А. Его параметры представлены в виде таблицы.

Наимен.	тип	f_гр_h₂₁_., МГц	Uкэ, В	P_кmax, мВт	h_21э	τ, пс	Ck, пФ	iкэ, мА
КТ326А	p-n-p	10.8	15	200	37	450	5	50

пс

пФ

Режим работы усилителя по постоянному току описывается системами уравнений:

На выходных характеристиках КТ326А построим нагрузочную линию и определим рабочую точку:

В

мА

2 мА

мА

См

В

Определим

кОм

Ом

, где

Расчет усилителя по переменному току.

Для расчета по переменному току необходимо:

Начало координат на характеристиках транзистора перенести в рабочую точку по постоянному току
В рабочей точке определить параметры транзистора для бесконечно малых приращений.

С учетом того, что для переменных составляющих токов и напряжений внутреннее сопротивление источника питания мало, точки + и -

считают однопотенциальными по переменному току. Тогда транзистор работает в активной области в режиме малого сигнала. Получим следующую линейную электрическую модель усилителя:

Опишем линейную модель усилителя в соответствии с законами Кирхгоффа:

(1)
^

Определение входного сопротивления.

Из второго уравнения системы (1) выразим

Подставим получившееся выражение в первое уравнение системы (1):

Определим входное сопротивление транзистора:

Учитывая, что

, рассчитаем

Ом

Входное сопротивление усилителя определяется параллельным включением

:

Ом, что в 37.4 раза больше минимально заданного.
^

Определение коэффициента усиления по напряжению и по току.

Упрощенная схема замещения усилителя с ОЭ:

Каскад с ОЭ инвертирует входной сигнал, что и отображает минус перед источником тока.

Из второго уравнения системы (1) выразим

Подставим полученное выражение в первое уравнение системы (1):

Считая напряжение коллектор-эмиттер выходным, определим коэффициент усиления по напряжению:

Знак минус в коэффициент усиления по напряжению указывает на инверсию сигнала.

Определим коэффициент усиления по току:

По определению:

, где

Таким образом,

^

Определение выходного сопротивления.

Выходное сопротивление определим следующим способом:

Замкнуть активный источник входного сигнала
Отключить сопротивление нагрузки. Подвести к выходным зажимам усилителя переменное напряжение U
Рассчитать переменный ток I, потребляемый от источника U
Определить выходное сопротивление усилителя, как

Схема замещения усилителя, реализующая этот способ выглядит следующим образом:

Данную схему можно описать следующей системой:

Из первого уравнения получим:

Подставим полученное выражение во второе уравнение:

Выразим отсюда выходное сопротивление:

кОм

^

Частотные свойства.

По заданию курсовой работы, проектируется усилитель звуковых частот. Область звуковых частот располагается в диапазоне от десятков Гц до десятков (10-30)кГц. Условно звуковые частоты можно разделить на 3 области:

НЧ – низкие 10…300 Гц

СЧ – средние 300-5000 Гц

ВЧ - верхние 5000-30000 Гц

Представим наш усилительный каскад стандартным четырехполюсником, характеризующимся входным и выходным сопротивлениями и коэффициентом усиления в режиме холостого хода.

Дополнив четырехполюсник, изображенный на рисунке реактивными элементами (разделительными конденсаторами и суммарной емкостью нагрузки) можно теоретически определить частотные характеристики, как в каждом поддиапазоне звуковых частот, так и в области звуковых частот в целом. С учетом реактивных элементов модель усилительного каскада примет следующий вид:

В данной схеме

- суммарная емкость нагрузки, включающая в себя емкость монтажа и выходную емкость транзистора, она обычно невелика.

- разделительная емкость на выходе усилителя. Разделительную емкость на входе усилителя вместе с входным сопротивлением обычно относят к предыдущему каскаду.

Определение емкостей и .

На СЧ будут выполняться неравенства:

(1)

(2)

На НЧ не выполняется первое неравенство, а на ВЧ не выполняется второе.

Рассчитаем из этих соотношений емкости.

Границы диапазонов примут вид:

НЧ – низкие w=60…2000 1/c

СЧ – средние 2000-30000 1/c

ВЧ - верхние 30000-188000 1/c

Возьмем

=0.1 мкФ

Проверим выполнение неравенств:

НЧ:

Ом

Ом

СЧ:

Ом

ВЧ:

Ом

Неравенство (1) при данном значении Cр выполняется на СЧ и ВЧ.

Возьмем

=1 нФ

НЧ:

Ом

СЧ:

Ом

ВЧ: Ом

Неравенство (2) при данном значении

не выполняется только в ВЧ области.

^

Область средних звуковых частот.

В диапазоне средних звуковых частот влиянием реактивных элементов можно пренебречь, т.к. на этих частотах выполняются неравенства:

(1)

(2)

В этом случае выходная цепь четырехполюсника примет вид:

Комплексная характеристика будет иметь вид:

Определим

Исходя из этого, АЧХ и ФЧХ будут иметь следующий вид

Область низких звуковых частот.

В области НЗЧ влиянием суммарной емкости нагрузки можно пренебречь, но следует учитывать влияние разделительного конденсатора

. Это требует учета сопротивления разделительной емкости, и в этом случае модель выходной цепи четырехполюсника будет иметь вид:

Коэффициент передачи в области НЧ будет определяться выражением:

Для построения АЧХ определим модуль коэффициента передачи в области НЧ:

Согласно полученному выражению с уменьшением w растет b и уменьшается

,АЧХ и ФЧХ будут иметь следующий вид:

Определим Ср для низшей граничной частоты входного сигнала fн = 80Гц

Ср= 0.17777 мкФ

Область верхних звуковых частот.

В области ВЗЧ влиянием разделительной емкости можно пренебречь, но следует учитывать влияние суммарной емкости конденсатора

. В этом случае модель выходной цепи четырехполюсника будет иметь вид:

Коэффициент передачи в области ВЗЧ будет определяться выражением:

Согласно полученному выражению с увеличением w растет b и уменьшается