Расчет усилительного каскада на биполярных транзисторах

 

Выполним расчет первого усилительного каскада.

Зададим коэффициент усиления напряжения K_U=20. предположим, что мАксимальн6ое входное напряжение U_вхmax =0,2 В. Тогда напряжение питания каскада

Е_П=(2,6…3) К _U U _вхmax= 3×20×0,2 = 12 В

Формула справедлива при режиме А работы усилителя. Рабочая точка в покое находится на середине нагрузочной линии. Коэффициент усиления каскада

К _U= R _К/ R _Э

Потенциал коллектора в состоянии покоя выбирается равным Е_П/2, т.е.:

В, В.

Известно, что ток коллекторного перехода I _КП почти равен току эмиттерного перехода I _ЭП,тогда потенциал эмиттерного перехода определяется:

В;

В.

В то же время потенциал базового перехода

.

Подставляем в выраженеие для значения:

кОм (выбираем значение из стандартного ряда сопротивлений)

КОм;

КОм (выбираем значение из стандартного ряда сопротивлений)

КОм

Для обеспечения стабилизации положения рабочей точки ток, протекающий через делитель R ₁ и R ₂, должен быть на порядок больше тока базы VT.

мА. Следовательно, мА.

Возьмём транзистор с ;

мА.

Тогда КОм (выбираем значение из стандартного ряда сопротивлений)

Ом;

КОм.

 

Каскады и многокаскадные усилители на полевых транзисторах

 

Схема однокаскадного усилителя на полевом транзисторе VT с RC связью между каскадами показана на рис. 3.2.

Основным преимуществом усилителя напряжения на полевых транзисторах по сравнению с биполярными является большое входное сопротивление усилительного каскада, т.е. ток от источника сигнала практически не потребляется.

Рассмотрим назначение элементов усилительного каскада. Усиление сигнала обусловлено усилительными способностями полевого транзистора VT. Резистор является нагрузкой в цепи стока транзистора VT.

Падение напряжения на сопротивлении пропорционально величине тока через нагрузку и определяет выходное напряжение каскада. Резистор в цепи затвора определяет входное сопротивление каскада и, как правило, имеет величину МОм. Ток затвора практически равен нулю, поэтому при отсутствии сигнала на входе каскада потенциал затвора можно считать равным нулю.

 

Рис. 3.2

Резистор играет роль звена автоматического смещения и выполняет функцию отрицательной обратной связи в каскаде вследствие падения напряжения от тока, протекающего по цепи истока.

Конденсаторы и служат для разделения постоянной и переменной составляющих сигнала. Усилительные каскады этого класса используется только в тех случаях, когда полезную информацию несёт переменная составляющая сигнала, которую собственно и требуется усилить, а постоянная составляющая сигнала образуется в каждом каскаде в результате смещения точки покоя транзистора и не должна участвовать в дальнейшей обработке сигнала.

 

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

4.1. Запустить программу MultiSym. Загрузить схему исследования <ЛР№3 1.msm>. Появится схема, имеющая следующий вид:

4.2. Чтобы схема начала функционировать, необходимо нажать кнопку в верхнем правом углу окна .

4.3. Зарисовать осциллограммы входного и выходного сигналов.

4.4. Получить дополнительное задание у преподавателя и исследовать влияние изменения номиналов резисторов усилителя на работу схемы.

4.5. Снять и построить амплитудно-частотную характеристику усилителя на биполярных транзисторах U _ВЫХ= F (f). Характеристику снимать при U _ВХ=0,2 В в диапазоне частот 20…200000 Гц. При построении характеристики по оси Х откладывается lg f.

4.6. Исследовать влияние разделительных конденсаторов на работу схемы.

4.7. Загрузить схему исследования усилительного каскада на полевых транзисторах <ЛР№3 2.msm>. Появится схема, имеющая следующий вид:

4.8. Зарисовать осциллограммы входного и выходного сигналов.

4.9. Получить дополнительное задание у преподавателя и исследовать влияние изменения номиналов резисторов усилителя на работу схемы.

4.10. Снять и построить амплитудно-частотную характеристику усилителя на полевых транзисторах U _ВЫХ= F (f). Характеристику снимать при U _ВХ=0,2 В в диапазоне частот 20…200000 Гц. При построении характеристики по оси Х откладывается lg f.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ

1. Объяснить назначение всех элементов в схеме каскада с общим эмиттером.

2. Объяснить принцип работы усилительного каскада на полевых транзисторах и назначение всех элементов схемы.

3. Какие параметры и характеристики усилительного каскада определяют качество его работы?

4. Какое влияние на зависимость коэффициента усиления от частоты оказывают конденсаторы связи между каскадами?

5. Что такое коэффициент нелинейных искажений?

6. Как по характеристикам транзисторов определить их основные параметры?

7. Как строится нагрузочная диаграмма?

8. Как на нагрузочной диаграмме определяются режимы работы каскада и его усилительные свойства? Какие параметры каскада можно определить графически?

9. Чем определяются подъем и спад кривой частотной характеристики усилительного каскада?

10. Какие виды отрицательной обратной связи используются в усилительном каскаде?

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4