Моделирование работы усилителя по постоянному току
Схемы электронных устройств на биполярных и полевых транзисторах
Исследования усилителя по схеме с общим эмиттером на биполярном транзисторе n-p-n КТ 3102В
Рисунок 5.1.1─ Схема усилительного каскада с общим эмиттером
Схема с общим эмиттером обладает высокими коэффициентами усиления по напряжению, току и мощности [6].
Положение рабочей точки, лежащей в активной области выходных характеристик транзистора определяется резисторами R1, R2, Rк и Rэ.
Переменная составляющая сигнала попадает в схему через конденсатор Cр1, а выходит из нее через конденсатор Cр2. Значения емкостей этих конденсаторов выбираются исходя из требований на рабочий диапазон частот.
Резистор Rэ стабилизирует положение точки покоя при изменениях температуры.
Конденсатор Cэ большой емкости (десятки микрофарад) шунтирует сопротивление резистора Rэ по переменному току, что исключает ослабление усиливаемого сигнала по переменному току цепью обратной связи.
1 Рассчитаем ток и мощность в нагрузке [6]:
2 Рассчитаем значения токов и напряжений покоя на электродах транзистора [6].
Чтобы избежать нелинейных искажений выходного сигнала параметры точки покоя выбирают исходя из условий:
- ток покоя коллектора I ко ≥ 4…5 Iн макс ≈ 12,5 мА;
- напряжение покоя U кэо = 0,4…0,5Eп ≈ 7В
3 Рассчитаем предельные значения токов и напряжений на электродах транзистора при усилении переменного напряжения [6]:
|
|
|
- максимальное напряжение коллектор – эмиттер Uкэ макс = Eп =14В;
- максимальный коллекторный ток I к макс = I ко + I н макс = 15 мА;
- максимальная мощность рассеяния Pк макс = I ко·Uкэо = 87,5 мВт
Из справочника выбираем транзистор КТ3102В (аналог 2N3711) у которого:
- максимально допустимое напряжение U кэ макс = 30В;
- максимально допустимый коллекторный ток I к макс = 100мА;
- максимально допустимая мощность рассеяния Pк макс = 250 мВт.
- коэффициент усиления по току h21э = 200…500 ≈ 300.
4 Рассчитаем значения резисторов R 1 , R 2 , R к и R э [6].
Расчеты проводим с использованием схемы замещения усилителя по постоянному току (рисунок 5.1.2).
Для биполярных транзисторов работающих в активном режиме справедливы следующие соотношения между токами: Iэ ≈ Iк и Iк ≈ β ∙Iб, где Iэ – ток эмиттера, Iк – ток коллектора, Iб – ток базы, β – коэффициент усиления по постоянному току. Для выбранного транзистора КТ3102В (аналог 2N3711) β ≈ 300.
Для данной схемы усилителя ранее были определены значения тока покоя коллектора Iко = 12,5 мА и напряжение покоя Uкэо = 7В.
Тогда в цепи базы будет протекать ток покоя базы:
Для усилителя с эмиттерной температурной стабилизацией уравнение линии нагрузки, проходящей через точку покоя, имеет вид:
|
|
|
(5.4)
- падение напряжения на резисторе 
– падение напряжение на резисторе 
Для приблизительных расчетов падение напряжения на резисторе
выбирают равным 0,05Eп.
Из ряда E24 выбираем номинальное сопротивление Rэ = 62 Ом
Падение напряжение на резисторе :
Из ряда E24 выбираем номинальное сопротивление R к = 510 Ом
Напряжение на базе определяется резисторами R1 и R2, часто называемыми базовым делителем напряжения. Поскольку ток коллектора 
и резистор 
уже определены, то потенциал на базе
Считается, что ток делителя 
должен быть приблизительно в 10 раз больше тока покоя базы 
. В этом случае, базовый ток не сильно нагружает делитель напряжения и вариации коэффициента передачи по току β не оказывают практически никакого влияния на положение точки покоя [6].
Ток покоя базы 
= 41 мкА, тогда = 400 мкА
Падение напряжения на резисторе R2 равно напряжению на базе транзистора
(5.6)
Из ряда E12 выбираем номинальное сопротивление 
= 3,6кОм
Падение напряжения на резисторе R1 равно напряжению на базе транзистора
(5.7)
Откуда находим значение резистора 
|
|
|
Из ряда E12 выбираем номинальное сопротивление 
= 27 кОм
4.1 Расчёт ёмкостей 
Из ряда E12 выбираем номинальную ёмкость 
= 2,7 мФ
Из ряда E12 выбираем номинальную ёмкость 
= 100 мФ
Из ряда E12 выбираем номинальную ёмкость 
= 1,8 мФ
Моделирование работы усилителя по постоянному току
Рисунок 5.1.2 ─ Схема замещения усилителя по постоянному току
Рисунок 5.1.3 ─ Модель схемы усилительного каскада с общим эмиттером в среде NI Multisim
Рисунок 5.1.4 ─ Входной и выходной сигнал на осциллографе
Этот вариант работы Источник напряжения, управляемый напряжением.
При уменьшении 
до 10 Ом [5].
Полученный результат даёт понимания, что при таком схема будет работать как источник тока, управляемый током [6].
Рисунок 5.1.5─ АЧХ и ФЧХ схемы с общим эмиттером
на частоте 
до 
, тогда 
а 
Каскад усилителя, собранный по схеме с общим эмиттером (ОЭ), дает усиление по мощности, напряжению и току. Это одна из самых часто применяемых схем во многих базовых элементах электроники. Усилитель собран на биполярном транзисторе обратной проводимости [6].
Для получения параметров схемы, близких к оптимальным, необходимо задать транзистору режим работы по постоянному току, выбрать рабочую точку.
|
|
|
Нормальный активный режим может быть задан выбором рабочей точки на середине линейного участка ВАХ. Этот режим также называется усилительным.
В нашем случае это реализуется подачей напряжения смещения на транзистор (задается режим работы по постоянному току) с делителя напряжения R2-R3 и источника питания постоянного тока V1 [6].
Снимается выходное напряжение с нагрузки, которой в данном случае является резистор Rн , включенный в цепь коллектора.
Для стабилизации режима работы транзистора к эмиттеру подключена цепочка отрицательной обратной связи (резистор Rэ и конденсатор Cэ), её ещё часто называют цепью эмиттерной термостабилизации.
Конденсатор Cэ включен для устранения отрицательной обратной связи по переменному току (препятствует снижению коэффициента усиления).
Особенностью работы каскада является то, что переменные входной и выходной импульсы напряжения сдвинуты по фазе на 180 градусов, находятся в противофазе.
Дата добавления: 2021-04-15; просмотров: 425; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!