Усилители в качестве самостоятельных устройств

• Усилители звуковой частоты для систем проводного вещания
• Усилители звуковой частоты для озвучивания открытых и закрытых пространств.
• Усилители звуковой частоты бытовые. В этой группе устройств наибольший интерес представляют усилители высокой верности воспроизведения Ні-Fi и наивысшей верности high end. Различаются усилители предварительные, оконечные (усилители мощности) и полные, сочетающие в себе свойства предварительных и оконечных.
• Измерительные усилители — предназначены для усиления сигналов в измерительных целях. Основная статья — Измерительный усилитель (средство измерений)
• Антенные усилители — предназначены для измерений слабых сигналов с антенны перед подачей их на вход радиоприёмника, бывают двунаправленные усилители (для приёмопередающих устройств), они усиливают также сигнал, поступающий с оконечного каскада передатчика на антенну. Антенный усилитель устанавливается обычно непосредственно на антенне или поблизости от неё.

Рассчитаем транзисторный каскад с емкостной связью, обеспечивающий в нагрузочном сопротивлении 100 Ом ток с максимальной амплитудой 10 мА. В качестве источника сигнала служит предыдущий каскад с выходным сопротивлением Rr=1Ом. Напряжение питания каскада Ек=6В.

Коэффициент усиления желательно иметь наибольшим. Каскад должен работать нормально при установке в него любого транзистора выбранного типа в диапазоне температур от -40 до +30 °С и воспроизводить полосу частот от нижней частоты fн=100 до fв=5000Гц (коэффициент частотных искажений на этих частотах должен быть Мн≤1,4).

1) Применим схему стабилизации с помощью транзисторного эммитера.

2) Выбор транзистора. Поскольку мощность, выделяемая в нагрузке, невелика, а именно:

Р=I²mRH/2= (10²·10^-6·50/2) Вт=2,5·10^-3=0,25 мВт, в качестве транзистора выберем МП38А, у которого допустимая мощность рассеяния 150мВт.

Параметры транзистора этого типа следующие: Iк.макс=20мА, ßмин=50; ßмакс=100, Uк.э.макс=15В, fa=2 МГц, Iко=10мкА; Ск=5пФ и тепловое сопротивление Rт=0,2 град/мВт. По граничной частоте транзистора МП38А подходит, так как

fa=2 МГц>fв==0,5МГц

3) Определим значение резистора в цепи коллектора. Для этого необходимо задаться коэффициентом токораспределения в коллекторной цепи: γвых=ίн/ ίк=Rk/ Rk+ Rн.

Для получения большего усиления каскада желательно, чтобы коэффициент γвых был выше, тогда большая часть тока будет протекать через сопротивление нагрузки. Возьмем γвых равным 0,9; увеличение сверх этого предела не приводит к возрастанию усиления, поскольку весь ток коллектора при таком γвых протекает через сопротивление нагрузки Rн.

Теперь определим сопротивление Rн и проверим, можно ли обеспечить неискаженное воспроизведение сигнала при заданных условиях. Если окажется, что падение напряжения на Rн слишком велико, то придется снизить его значение, при этом соответственно уменьшиться γвых, а следовательно, и усиление каскада

Rн=(γвых/1- γвых) Rн= (0,9/1-0,9)50=450 Ом

При токе коллектора: Iк=:Iн/γвых=10/0,9=11,11мА начальное падение напряжения на Rн будет Uн=Iн · Rн=11,11мА·450Ом=4,9 В, а напряжение всего Ек 6В, т.е транзистор будет находиться в насыщении.

4) Поэтому сопротивление в цепи коллектора необходимо уменьшить так, чтобы обеспечивалось условие неискаженного усиления сигнала

Ек= Uм+ Iкm Rн+IэRэ+ΔUк+Uк.мин,

где Um-максимальная амплитуда сигнала;

Uк.мин- величина напряжения, необходимого для исключения влияния области нелинейности коллекторных характеристик; в данном случае возьмем ΔUк=1В;

ΔUк≈(Rк+ Rэ) ΔIк- приращение коллекторного напряжения за счет изменения температуры и параметров транзистора;

Δ Iк- максимальное изменение тока коллектора в данной схеме за счет изменения температуры и параметров транзистора. Определяется по формуле: ΔI_к=(β_ст/1+β_стγ)·[ΔI_ко+(εΔТ/R_э+R_б)+(I_э+I_б)·Δβ_ст/β_ст] (*)

5) Падение напряжения на транзисторе при отсутствии сигнала составляет (0,3÷0,5) Ек. Е_к=8В. (1,8÷3). Возьмем коэффициент токораспределения γвых=0,7.

Тогда Rк=(γвых/1- γвых) Rк=(0,8/1-0,8)100=400 Ом.

Выберем Rк=140 Ом, тогда ток коллектора

Iк= Iкm= Iнm/ - γвых=10мА/0,7=14,28мА.

Найдем падение напряжения на сопротивление Rк.

Iк·Rк=14,28·10^-3·140≈2,14В, таким образом это вполне допустимо, т. к. он входит в пределы (1,8÷3).

6) Возьмем резистор в цепи эмиттера равным Rэ=0,25·Rк=0.25·400=100 Ом.

7) Наибольшее допустимое изменение тока коллектора в заданном диапазоне температур

ΔIк=(Ек-Um-Iк mRк-IэRэ-ΔUк)/(Rк+Rэ)=

=(8-1-14.28·10^-3·400-14.28·10^-3·100-1)/(400+170)=0.00767А=7,67мА.

8) Определим, к какому коэффициенту нестабильности будет соответствовать такое изменение тока. Для этого рассчитаем ΔIк при различных значениях коэффициента нестабильности по формуле (*). Возьмем коэффициент нестабильности S=8; 5; 4.

9) При расчете следует учитывать, что максимальная температура транзистора за счет рассеивающей в нем мощности будет выше наибольшей температуры окружающей среды и составит

Тмакс=tокр.макс +Iк.максUкRт=tокр.макс+Iк.макс(Eк-Iк.максRк-Iэ,максR_э)Rт

Rт берем из параметров транзистора.

Rт = 0,2∙10^-3Ом.

Iэ.макс≈ Iк.макс= Iк.+Δ Iк=14,28+1,72=16мА

Тогда Тмакс=40+16 ·10^-3·(6-16·10^-3·400-16·10^-3·100) ·0,2·10^-3≈

40+16·10^-3·2·0,2·10^-3≈40 ^оС.

10) Соответственно максимальное изменение тока I_ко составит 0,08мА (считаем, что он удваивается при увеличении температуры на 10°С).

S=8;

Rб=(S-1) Rэ=(8-1)100=700 Ом

Iб≈(Iк/ ßмин)=0,357 мА

Δ Iк=S Δ Iк0+(ε Δ Т/ Rэ+ Rб)+(Iб+ Iк0) ·(Δ ß/ ß =

8[0,08 · 10^-3+(2 · 10^-3 ·70/800)+(0,357 · 10^-3+0,08 · 10^-3) ·1,5]=7,28 мА;

S=5;

Rб=(S-1) Rэ=(5-1)100=400 Ом

Δ Iк=S ∙ [Δ Iк0+(ε Δ Т/ Rэ+ Rб)+(Iб+ Iк0) ·(Δ ß/ ß] =

5[0,08 · 10^-3+(2 · 10^-3 ·70/ 500)+(0,357 · 10^-3+0,08 · 10^-3) ·1,5]=5,1мА;

S=4;

Rб=(S-1) Rэ=(4-1)100=300 Ом

Δ Iк=S [ Δ Iк0+(ε Δ Т/ Rэ+ Rб)+(Iб+ Iк0) ·(Δ ß/ ß] =

4[0,08 · 10^-3+(2 · 10^-3 ·70/ 400)+(0,357 · 10^-3+0,08 · 10^-3) ·1,5] ≈4,34мА

Как видно из расчета предельное изменение коллекторного тока будет соответствовать допустимому при коэффициенте нестабильности каскада S=5.

11) Определим величину сопротивлений R1 и R2.

R1= Ек Rб/ Iэ Rэ=8 ·400/14,28 · 10^-3 ·100=2,24 кОм;

R2= Rб ·R1/ R1- Rб=-2,35 кОм.

Задание: исследование статических вольтамперных характеристик транзистора по схеме с ОЭ.

а) Соберем схему измерений с ОЭ в программе Electronic Workbeench.

б) снимаем входную статическую характеристику с ОЭ I_б=f (U_бэ). Данные заносим в таблицу 1. Таблица 1

в) снимаем семейство статических выходных характеристик транзистора с ОЭ I_к=f (U_кэ). Данные измерения вносим в таблицу 2.

г) Строим семейства снятых характеристик.

Список литературы

1. Томус Ю. Б., Ситдикова И. П. Электроника. Методические указания по выполнению курсовой работы. – Альметьевск: АГНИ, 2004. – 68с.

2. Гусев В. Г., Гусев Ю. М. Электроника и микропроцессорная техника. – Москва: Высшая школа, 2004. – 791с.

3. Лачин В. И., Савелов Н. С. Электроника.Учебник. – Ростов-на-Дону: Феникс, 2002, 573с.

4. Морозова Н. Ю. Электротехника и электроника. – Москва: Академия, 2007. – 256с.

Введение

Значительные изменения во многих областях науки и техники обусловлены развитием электроники. В настоящее время невозможно найти отрасль промышленности, в которой не использовались бы электронные приборы или электронные устройства измерительной техники, автоматики и вычислительной техники. Причем тенденция развития такова, что доля электронных информационных устройств и устройств автоматики непрерывно увеличивается. Это является результатом развития интегральной технологии, внедрение которой позволило наладить массовый выпуск дешевых, высококачественных, не требующих специальной настройки и наладки микроэлектронных функциональных узлов различного назначения. ИииДанная курсовая работа состоит из трех частей: 1) теоретическая, в которой описаны устройство и принцип действия биполярного транзистора, схема включения и режимы работы биполярных транзисторов; структура усилителя; каскады усиления. 2) Во второй части я рассчитала усилительный каскад с постоянной емкостью. 3) Экспериментальная часть. В этой части я исследовала статические вольтамперные характеристики транзистора с ОЭ.

Заключение

В расчетной части я определила при каком коэффициенте нестабильности каскада предельное изменение коллекторного тока будет соответствовать допустимому. Из экспериментальной части видно, что при снятии статической характеристики с ОЭ I_б=f(U_бэ) значение U_эб=I_э, отличаются лишь тем, что значение тока принимает отрицательные значения. При снятии семейства статических выходных характеристик транзистора с ОЭ I_к=f(U_кэ) с изменением значения U_кэ, значения тока I_к не изменяются.