Выбор рабочей точки транзистора

Выбор рабочей точки А в транзисторе в режиме покоя, когда входной сигнал отсутствует, сводится к выбору тока коллектора Iк_А1 и напряжения Uк_А1. Найдём значения Iк_А1, Uк_А1 и Pк_А1, считая, что сопротивление эмиттера Rэ1 = 0:

U_{H т}1 = = =0,57, В

Сопротивление нагрузки для входного каскада Rн1=Rвх2= 80, Ом

Iн_m1 = = =0,0072, А

Umin = 1 В; Кзап = 0,9

Uк_А1 = U_{H т} + Umin = 0,57 + 1 = 1,57 ,В

Из схемы выходного каскада следует, что потенциал Uк_А1 отрицательный, т.е. Uк_А1= -1,57 ,В.

Iк_А1= = = 0,0078 ,А

Pк_А1 = Iк_А1 * | Uк_А1 | = 0,0078 * 1,57 = 0,013 ,Вт

Таким образом, условия выбора транзистора выходного каскада следующие:

5. Тип проводимости: p-n-p

6. Iк_доп ≥ 2 * Iк_А1 = 16 ,мА

7. Uк_доп ≥ Е = 24 ,В

8. Pк_доп ≥ Pк_А1 = 13 ,мВт

Транзистором, удовлетворяющим всем требованиям, является КТ3107Д.

Основные характеристики транзистора представлены в следующей таблице:

Построим линию статической нагрузки:

Iк1 = f(Uкэ1)

Uк1 = -Е + Iк1 * Rк1

Uэ1 = -Iэ1 * Rэ1 ≈ -Iк1 * Rэ1

Uкэ1 = Uк1 – Uэ1= -Е + Iк1 *(Rк1+Rэ1)

Iк1 = +

Найдем сопротивления коллектора и эмиттера. Из уравнения статистической нагрузки:

Rк1+Rэ1= = = 1446 ,Ом

Rэ1= (0,1…0,3) Rк1

Возьмем Rэ1= 0,1 Rк1, тогда:

Rк1= = = 1315 ,Ом

Rэ1= 0,1 Rк1= 0,1*1315=131 ,Ом

Построим статистическую линию нагрузки.
При Iк_А1=0 Uкэ1 = -Е = -24 ,В

При Uк_А1=0 Iк1= = = 0,0083 ,А

Построим динамическую линию нагрузки Uк’1 и рабочую точку.

Uк^’1 = - = - = -2,18, В

Отметим значения токов Iк_А1 + Iн_m1 и Iк_А1 - Iн_m1, спроецируем соответствующие им точки на линии динамической нагрузки на ось напряжений и найдем Uн_m1. Найденное значение

Uн_m1 = 0,6 В больше рассчитанного ранее Uн_m1 = 0,57 В.

β= = = 180

Расчёт элементов фиксации рабочей точки

Фиксация рабочей точки для каскада на биполярном транзисторе осуществляется резистивным делителем R₁1 и R₂1.

По входным характеристикам транзистора определим величины Iб_А1, Uбэ_А1

Iб_А1 = 0,14,м А

Uбэ_А1 = 0,4, В

Найдем температурные изменения токов:

= (0,001…0,01) Iн_m1= 0,005*0,007=35, мкА

Iк₀ (t⁰)= Iк₀ (t⁰_спр)* = = 2,6, мкА

Iк₀ (t⁰_лаб)= Iк₀ (t⁰_спр)* = = 0,1, мкА

= | Iк₀ (t⁰) - Iк₀ (t⁰_лаб ) | = |2,6*10^-6 -0,1*10^-6 | = 2,5, мкА

Тогда коэффициент нестабильности N1 определяется следующим образом:

N1= = = 14

N1 должен находиться в диапазоне (2…15). Это условие выполняется.

Найдем сопротивление R₂1:

=3692, Ом

Найдём ток делителя I_Д1:

I_ЭА1= Iб_А1+ Iк_А1= 0,14+7,8=7,9 ,мА

I_Д1= Iб_А1+ = 0,14*10^-3+ =2,5 ,мА

Ток делителя должен быть I_Д1 ≥ (3…10) Iб_А1:

Условие выполняется.

Найдём сопротивление R₁1:

R₁1= 26615,Ом

Расчёт коэффициента усиления входного каскада

По входным характеристикам биполярного транзистора найдем его входное сопротивление:

h₁₁э1= = 400

Rвх1= 356, Ом

Тогда коэффициент усиления выходного каскада определятся так:

К1= - - =-34,42

K1=-34,42

Расчёт ёмкостных элементов

Для каскадов на биполярном транзисторе значения емкостей конденсаторов C1 и Сэ1 рассчитываются следующим образом:

С1= 19,55*10^-6 = 19,55 ,мкФ

Сэ1= = = 0,0119=11,9 ,мФ

Расчёт реально достигнутого коэффициента усиления

Реально достигнутый в схеме коэффициент усиления разомкнутого усилителя в области средних частот определяется следующими формулами:

К1 = - - =-34,42

К2 = - - =-18,74

Креал = =K1*К2=645

Реально достигнутый коэффициент усиления должен быть больше рассчитанного в пункте 1 коэффициента усиления К.

Креал=645 ≥ К=57,2

Условие выполняется.

Расчёт элементов цепи ООС

Так как проектируемый усилитель содержит два каскада, используем последовательную обратную отрицательную связь по напряжению. Найдём сопротивление обратной связи:

= =-1,2*10^-3

=8323,Ом

Тогда коэффициент усиления усилителя с обратной связью можно найти так:

= =362

6. Построение характеристики Мос(ω)

Характеристика Мос(ω) для двухкаскадного усилителя строится по следующим формулам в масштабе десятичных логарифмов круговой частоты:

Мос_в(ω_в) = Мос_н(ω_н) =

Х= для Мос_в(ω_в)

Х= для Мос_н(ω_н)

2*3,1416 *20 = 126 рад/с

Моделирование

Моделирование выполняется с помощью пакета схемотехнического моделирования Micro-Cap 9. Целью моделирования является установление корректности расчета и степени соответствия расчетных параметров требованиям технического задания. В процессе моделирования при необходимости корректируются значения элементов схемы.

В результате моделирования получим переходные и частотные характеристики входного и выходного каскадов усилителя, усилителя без ООС и с ООС.

Выходной каскад

Схема выходного каскада:

Переходная характеристика выходного каскада:

Частотные характеристики выходного каскада:

Входной каскад

Схема входного каскада:

Переходная характеристика входного каскада:

Выходной сигнал искажен из-за слишком большой входной амплитуды. Поэтому в этой и последующей схемах амплитуда уменьшена с 340 мВ до 1 мВ.

Теперь переходная характеристика выглядит так:

Частотные характеристики входного каскада:

Усилитель без ООС

Схема усилителя:

Переходная характеристика усилителя

Частотные характеристики усилителя:

Усилитель с ООС

Схема усилителя:

Переходная характеристика усилителя:

Частотные характеристики усилителя:

Результаты моделирования

Спецификация.

Выходной каскад

Входной каскад

Усилитель без ООС

Усилитель с ООС

Заключение

В ходе выполнения курсовой работы были приобретены навыки расчетов статических и динамических параметров электронных устройств, изучены методы проектирования и разработки электронных устройств, получены навыки практического применения ЭВМ для схемотехнического проектирования электронных устройств в среде схемотехнического моделирования Micro-Cap 9.

В результате выполнения курсовой работы спроектирован двухкаскадный усилитель с отрицательной обратной связью. Работа усилителя проверена в среде Micro-Cap 9.

Список литературы

1. Перепелкин А.И., Баскакова И.В. Усилительные устройства: Методические указания к курсовой работе. - Рязань.: РГРТА, 1997. 36 с.

2. Транзисторы для аппаратуры широкого применения: Справочник / К.М. Брежнева, Е.И. Гантман, Т.И. Давыдова и др. Под редакцией Б.Л. Перельмана. – М.: Радио и связь, 1981. – 656 с., ил.

Познавательные статьи:



Коммуникативные барьеры и пути их преодоления

Рынок недвижимости. Сущность недвижимости

Решение задач с использованием генеалогического метода

История происхождения и развития детской игры