Задание на контрольную работу

Рассчитать каскад транзисторного усилителя напряжения, принципиальная схема которого изображена на рис. 2. Данные для расчета приведены в табл. 2.

Исходные данные: 1) напряжение на выходе каскада (напряжение на нагрузке); 2) сопротивление нагрузки ; 3) нижняя граничная частота ; 4) допустимое значение коэффициента частотных искажений каскада в области нижних частот .

Примечание. Считать, что каскад работает в стационарных условиях (; ). При расчете влиянием температуры на режим транзистора пренебрегаем.

Определить: 1) тип транзистора; 2) режим работы транзистора; 3) сопротивление коллекторной нагрузки ; 4) сопротивление в цепи эмиттера ;5) напряжение источника питания E_k; 6) сопротивления делителя напряжения и стабилизирующие режим работы транзистора; 7) емкость разделительного конденсатора ; 8) емкость конденсатора в цепи эмиттера ; 9) коэффициент усиления каскада по напряжению.

таблица 2

Номер варианта	Данные для расчета
, В	, 0м	, Гц
	1,0 1,2 1,6 2.0 3,0 2,4 1,4 1,6 2,0 1.2 1.4 1.5 1,7 1,8 2,5 2,1 2,3 2,5 1,7 2,2 3,0 2,1 3,2 1,5 1,6 1,8 2,0			1,20 1,20 1,25 1,30 1,30 1,25 1,25 1,20 1,20 1,40 1.40 1,30 1,30 1,30 1,20 1,20 1,20 1,40 1,40 1,40 1,35 1,35 1,25 1,25 1,20 1,30 1,20

4. Порядок расчета транзисторного усилителя по схеме с ОЭ:

1. Определяем значение сопротивления .

Задаемся начальным значением , которое обычно принимают для повышения коэффициента усиления большим, чем в раз.

2. Определяем значение сопротивления .

Для обеспечения термостабилизации режима покоя транзистора значение сопротивления должно быть как можно больше. Но его увеличение приводит к уменьшению падения напряжения на сопротивлении , а следовательно к уменьшению коэффициента усиления транзисторного усилителя. Поэтому принято выбирать значение в пределах .

Примечание. Полученные значения сопротивлений и уточняем из параметрического ряда сопротивлений Е24 (приложение 1).

3. Выбираем тип транзистора.

При выборе транзистора руководствуются следующими соображениями:

а) Определяем предельно-допустимый ток.

,

Где I_кm– наибольшая возможная амплитуда тока нагрузки; наибольший допустимый ток коллектора, приводится в справочниках,U_выхm - амплитуда выходного напряжения.

б) Определяем предельно-допустимое напряжение коллектор-эмиттер.

Выбор предельно-допустимого напряжения коллектор-эмиттер производится по напряжению питания усилителя.

.

где – наибольшее допустимое напряжение между коллектором и эмиттером приводится в справочниках.

Но поскольку напряжение питания нам предстоит еще определить, то воспользуемся приближенной формулой его расчета:

в) Для выбранного типа транзистора необходимо выписать из справочных данных (. приложение 3) значения коэффициентов усиления по току для ОЭ и (или и ). В некоторых справочниках дается коэффициент усиления по току для схемы ОБ и начальный ток коллектора . Тогда (при выборе режима работы транзистора необходимо выполнить условие ).

г) Для каскадов усилителей напряжения обычно применяют маломощные транзисторы.

д) К заданному диапазону температур удовлетворяет любой транзистор.

Выбор конкретного типа транзистора производится по справочной литературе (приложение 3).

Примечание. Произведенный выбор транзистора носит ориентировочный характер и в процессе расчета требует проверки.

4. Определяем параметры режима покоя транзистора.

Приняв сопротивление конденсатора равным нулю, то можно использовать для расчета тока эквивалентную схему замещения рис. 4.

Определяем амплитуду тока коллектора транзистора:

║ ,

где ║ .

Выбираем , где должно превышать область нелинейных искажений в режиме отсечки (на рисунке 3,б - начальный нелинейный участок на входной характеристике I_бmin> I_б2, далее выбранное I_бmin переносится на рисунок 3,а).

Напряжение покоя определяем неравенства

,

где напряжение на коллекторе, соответствующее области нелинейных начальных участков выходных характеристик транзистора.

5. Определяем напряжение питания E_к.

По второму закону Кирхгофа для основной цепи транзисторного усилителя (рис. 2) для режима покоя составим уравнение:

.

По полученному значению напряжения питания Е_к выбираем стабилизированный источник питания на базе микросхемы (приложение 2). Стабилизированный источник питания целесообразно выбирать с фиксированным напряжением питания, а указанным допуском отклонения можно пренебречь.

Например. К142ЕН9В имеет В. Принимаем Е_к = 27В.

6. Строим линию нагрузки и определяем режим работы транзистора.

Режим работы транзистора по постоянному току определяется по нагрузочной прямой , построенной на семействе выходных статических (коллекторных) характеристик для схемы с ОЭ. Построение нагрузочной прямой показанона рис.4. Нагрузочная прямая строится по двум точкам: точка покоя (рабочая) и , определяемая значением напряжения источника питания E_к. Координатами являются ток покоя и напряжения покоя (т. е. ток и напряжение, соответствующие нулевому входному сигналу ).

7. Определяем положение рабочей точки по значению тока базы , полученной для рабочей точки на выходной характеристике.

8. Строим линию нагрузки по переменному току , которая проходит через точку и точки 1, 2, полученные на пересечении прямых и (точка 2) и прямых и (точка 1).

9. На входной статической характеристике для схем ОЭ (рис. 3, б) откладываем точки и по значениям и , найденных на выходной характеристике. Определяем значение и наибольшие амплитудные значения входного напряжения , необходимые для обеспечения заданного значения .

Примечание. После построения линий нагрузок необходимо проверить, чтобы выполнялись следующие условия:

– рабочая точка при изменении выходного напряжения не заходила в области недопустимых значений определяемых предельно – допустимой мощностью . Линия строится по зависимости , где определяется из справочной литературы;

– точки и на входной характеристике должны находиться на линейном участке.

Если не выполняются эти условия, то необходимо изменить положение точки покоя или сменить транзистор.

10. Определяем входное сопротивление транзисторного каскада переменному току (без учета делителя напряжения и ): .

11. Рассчитываем сопротивления делителя и . Для уменьшения шунтирующего действия делителя на входную цепь каскада по переменному току принимают , где . Тогда , , .

Примечание. Значения всех полученных сопротивлений необходимо выбирать из параметрического ряда номиналов сопротивлений Е24 (приложение 1).

12. Коэффициент нестабильности работы каскада

где наибольший возможный коэффициент усиленияпо току выбранного типа транзистора.

Для нормальной работы каскада коэффициент нестабильности не должен превышать нескольких единиц.

13. Определяем емкость разделительного конденсатора :

; ,

выходное сопротивление транзистора, определяемое по выходным статическим характеристикам для схемы ОЭ. В большинстве случаев » , поэтому можно принять .

14. Находим емкость конденсатора .

15. Выбираем из параметрического ряда для емкостей номиналы конденсаторов и (приложение 1).

16. Рассчитываем коэффициент усиления каскада по напряжению .

Примечание. Приведенный порядок расчета не учитывает требований на стабильность работы каскада.