Графоаналитический расчет транзисторного усилителя низкой частоты

Задание №1

Транзистор VT включен в усилительный каскад по схеме с ОЭ. В схеме рисунка 2.1 используется фиксированное смещение базовым делителем, на схеме рисунка 2.2 - смещение током базы покоя. Каскад питается от одного источника с напряжением Е_к. Заданы тип транзистора, напряжение источника питания Е_к и сопротивление резистора коллекторной нагрузки R_к (см. таблицу 2.1). Тип схемы и диапазон частот усиливаемых колебаний f_н ¸ f_в приведен в таблице 2.2.

Т а б л и ц а 2.1

Т а б л и ц а 2.2

Требуется:

а) привести заданную схему усилителя;

б) построить сквозную динамическую характеристику (СДХ) усилителя;

в) определить на СДХ начальную рабочую точку;

г) определить смещение начальной рабочей точки;

д) рассчитать значения элементов цепи смещения;

е) рассчитать разделительную емкость С_Р;

ж) рассчитать коэффициент нелинейных искажений n.

Графоаналитический расчет транзисторного усилителя низкой частоты

Заданный транзистор VT включен в усилительный каскад по схеме с ОЭ (см. рисунок 2.1). Каскад питается от одного источника с напряжением Е_к. Для подачи смещения в цепь базы используется делитель напряжения R₁, R₂. Имеет место фиксированное смещение от базового делителя.

При работе транзистора с коллекторной нагрузкой R_К связь между коллекторным током I_К и напряжением на коллекторе U_К выражается уравнением нагрузочной характеристики

.

Особенностью динамического режима, в отличие от статического, является то, что изменение одного параметра влечет за собой изменение другого. При увеличении I_б увеличивается ток коллектора I_К и падение напряжения на U_Rк. Ток коллектора одновременно зависит от U _б и U_к. Поэтому нельзя использовать статические характеристики. Для анализа усилителя обычно используются выходные и сквозные динамические характеристики.

Построим сквозную динамическую характеристику.

Для этого строим на выходных статических характеристиках данного транзистора линию нагрузки (1-ый квадрант графика на рисунке 3.1) по полному уравнению цепи (или по уравнению нагрузочной линии) .

При I_к= 0, U_кэ = Е_к =15 В ‑ первая точка линии нагрузки,

при U_кэ= 0, I_к = Е/ R_к =15/10=1,5 А - вторая точка. Соединяем их.

Нагрузочная характеристика представляет прямую линию на семействе выходных характеристик транзистора, пересекающуюся с осями координат в точках Е_к/R_к и Е_к. Характеристика включает в себя информацию о типе транзистора, заданных значениях , .

Далее строим переходную динамическую характеристику: , соединяя точки пересечения токов базы по вертикали с токами коллектора по горизонтали (второй квадрант графика на рисунке 3.1).

На рисунке 3.2 приведена динамическая входная характеристика (пунктирная кривая), которая построена на основе статической (контурная кривая на рисунке 3.2) по уравнению при заданных токах базы. Значение R_г выбираетсяот 100 ом до 1 килоома.

Строим сквозную динамическую характеристику (см. рисунок 3.3 в первом квадранте), используя динамическую передаточную характеристику (второй квадрант), входную динамическую характеристику (третий квадрант) путем переноса точек пересечения в первый квадрант.

В результате получаем S-образную сквозную динамическую характеристику (третий квадрант), которая содержит информацию о типе транзистора, о напряжении коллекторного питания Е_к, коллекторной нагрузке , о входном сигнале е_г и внутреннем сопротивлении источника сигнала R_г.

На рисунке 3.4 приведена сквозная динамическая характеристика, полученная на рисунке 3.3. Выбираем начальную рабочую точку в классе усиления А. Для этого ограничиваем линейный участок (точки M и N) и находим его середину (точка А). Определяем смещение начальной рабочей точки Е_см. Затем определяем значение сигнала на входе. Очевидно, что сигнал на входе не должен выходить за пределы участка MN.

Рассчитаем элементы смещения рабочей точки.

Потенциал базы жестко фиксируется делителем R₁, R₂ (см. рисунок 2.1). Ток течет от E_к через базовый делитель. Падение напряжения на R₂ создает смещение на базу . Чтобы ток делителя не зависел от тока базы покоя должно выполняться условие . Для выполнения этого условия надо уменьшать R₁, R₂, но при этом растет потребление энергии от E_к, падает кпд и падает входное сопротивление усилителя, а оно итак мало.

Поэтому выбирается = ; при этом = =480 кОм. Ток базы покоя = . Ток коллектора покоя I_кп показан на рисунке 3.4, b -коэффициент передачи тока базы в цепь коллектора, берется из справочника по транзисторам.

Емкость разделительного конденсатора С_р определяется из условия

где w_н – низшая рабочая частота;

С_Р =.

Рассчитаем коэффициент нелинейных искажений. На практике используется приближенный метод расчета нелинейных искажений – метод Клина (метод пяти ординат). Нелинейные искажения вносятся как входной цепью, так и выходной. Используется сквозная динамическая характеристика (см. рисунок 3.5).

Далее определяется коэффициент нелинейных искажений ν по формулам:

– коэффициент искажений по 2-ой гармонике;

– коэффициент искажений по 3-ей гармонике;

.

Date: 2015-11-13; view: 1319; Нарушение авторских прав