Параметры, необходимые для выбора транзистора.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К РАСЧЁТНОМУ ЗАДАНИЮ

Исходные данные определяются по таблице 1.1 в соответствии с номером варианта.

Номер варианта состоит из четырёх цифр по заданию преподавателя.

Внимание! После вычисления параметров каждого элемента схемы окончательное значение принимается равным ближайшему из стандартного ряда, какое именно — большее или меньшее, указано в соответствующей методике. Стандартные значения параметров получают умножением коэффициентов соответствующего ряда на число кратное 10. Один из стандартных рядов для пассивных электронных компонентов широкого применения (резисторы, конденсаторы, индуктивности) — Е24 . Коэффициенты этого ряда равны следующим значениям: 1.0, 1.1, 1.2, 1.3, 1.5, 1.6, 1.8, 2.0, 2.2, 2.4, 2.7, 3.0, 3.3, 3.6, 3.9, 4.3, 4.7, 5.1, 5.6, 6.2, 6.8, 7.5, 8.2, 9.1 .

Номинальные мощности резисторов имеют следующие значения (Вт): 0.125, 0.25, 0.5, 1.0, 2.0, 3.0, 5.0, 7.5, 10, 15, 20, 25, 50, 75, 100.

Стандартные уровни напряжения питания постоянного тока (В): 3, 4.5, 5, 6, 9, 12, 15, 18, 21, 24, 28, 32, 36, 40, 45, 50, 60.

 1 РАСЧЁТНОЕ ЗАДАНИЕ 1

 1.1 Расчёт усилительного каскада на основе биполярного транзистора.

В данной задаче требуется выполнить расчёт усилительного каскада в классе А .

Исходные данные для расчёта усилителя приведены в таблице1.

 

Таблица 1.1

Исходные данные к задаче 1.

Цифры варианта 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
по 1-й цифре: Uн.макс (В) 2 3 4 5 6 7 8 19 12 15
по 2-й цифре: Rн.(кОм) 3 5 7 10 12 15 18 22 25 30
по 3-й цифре: № схемы 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2
по 4-й цифре: fН (Гц) 10 20 50 100 200 500 1000 2000 4000 8000

 

 1.2 Расчёт усилительного каскада по схеме с общим эмиттером

Каскад представляет собой транзистор, включённый по схеме с общим эмиттером, делитель напряжения R1,R2, осуществляющий смещение фиксированным напряжением, разделительные ёмкости C1,C2 и шунтирующую ёмкость C3 (рисунок 1.1).

По заданным в исходных данных амплитуде напряжения и сопротивлению нагрузки необходимо рассчитать все параметры элементов схемы и определить коэффициент усиления каскада.

В данной схеме максимальное напряжение на коллекторе транзистора равно напряжению питания. Для выбора транзистора по напряжению предварительно определяется напряжение питания:

 

(1.1)

где:

n – принимается любое значение в диапазоне от 3 до 4

 - максимальное напряжение на коллекторе транзистора,

 - напряжение источника питания,

 - максимальное напряжение нагрузки (в таблице задания).

После предварительного расчёта окончательное значение напряжения питания выбирается из стандартного ряда. Принимается ближайшее большее значение.

Определяется «напряжение покоя» на коллекторе транзистора в классе А (напряжение при отсутствии входного сигнала).

 

(1.2)

 

Поскольку конденсатор С2 — разделительный, то напряжение на нём не изменяется и равно напряжению на коллекторе. Отсюда следует выражение для максимального напряжения на сопротивлении нагрузки:

 

(1.3)

Из 1.3 определяется сопротивление резистора R4 при заданном напряжении нагрузки:

(1.4)

Принимается к установке ближайшее меньшее из стандартного ряда.

Мощность резистора R4 определяется как произведение тока и напряжения:

 

(1.5)

К установке принимается ближайшее большее значение из стандартного ряда и конкретного типа из любого справочника.

Далее определяются параметры, необходимые для выбора транзистора.

Ток коллектора в режиме покоя:

 

(1.6)

Максимальный ток коллектора (А):

(1.7)

Максимальная мощность на коллекторе транзистора (Вт):

 

(1.8)

На основании вычисленных параметров из любого справочника по транзисторам выбирается транзистор при соблюдении следующих условий:

 

(1.9)

 

К установке рекомендуются транзисторы на основе кремния.

Для выбранного транзистора в дальнейшем понадобятся следующие справочные параметры:

β (или h21Э) — статический коэффициент передачи тока (для режима по постоянному току);

h11Э (если приводится в справочнике) — входное сопротивление транзистора «база-эмиттер» в схеме с общим эмиттером.

 

Ток базы в режиме покоя определяется по известному соотношению между токами коллектора и базы:

(1.10)

 

Ток делителя напряжения R1-R2 принимается равным в 5…10 раз больше тока базы в режиме покоя:

(1.11)

 

Падение напряжения на резисторе R3 определяется из условия оптимальной термостабильности в зависимости от напряжения питания:

(1.12)

 

Падение напряжения на резисторе R2 складывается из напряжения на резисторе R3 и напряжения на эмиттерно-базовом переходе:

(1.13)

 

Напряжение «база — эмиттер» для кремниевых транзисторов ориентировочно принимается равным (0.8....1) В

Падение напряжения на резисторе R1:

(1.14)

 

Сопротивление резистора R2:

(1.15)

 

Значение сопротивления R2 выбирается, как ближайшее меньшее из стандартного ряда.

Мощность резистора R2:

(1.16)

 

Мощность принимается равной большему значению из стандартных номиналов.

Сопротивление резистора R1:

(1.17)

 

Принимается ближайшее меньшее из стандартных.

Мощность резистора R1:

(1.18)

 

Принимается большее стандартное.

Сопротивление резистора R3:

(1.19)

Принимается большее значение из стандартных.

Мощность резистора R3:

(1.20)

Принимается большее значение из стандартных.

На этом заканчивается расчёт статического режима усилительного каскада, то есть для постоянного тока.

Далее следует расчёт динамического режима - для сигнала переменного тока.

С целью вычисления ёмкости разделительного конденсатора С1 требуется определить входное сопротивление каскада, которое определяется параллельным включением R1, R2 и h11Э

(1.21)

Если h11Э в справочной литературе не найдено, его можно ориентировочно определить, зная ток базы и напряжение «база-эмиттер»:

(1.22)

Затем из (1.21) определяется Rвх

Ёмкость разделительного конденсатора на входе каскада С1 определяется по заданной нижней границе частотного диапазона fН. Сопротивление конденсатора на этой частоте должно быть существенно меньше входного (примерно - на порядок):

(1.23)

К установке принимается ближайшее большее значение из стандартного ряда.

Ёмкость разделительного конденсатора на выходе С2 определяется аналогично, но по отношению к сопротивлению нагрузки:

(1.24)

Конденсатор в эмиттерной цепи С3 шунтирует резистор R3, поэтому ёмкость определяется исходя из сопротивления этого резистора:

(1.25)

 

Коэффициент усиления напряжения определяется как отношение напряжения на нагрузке к э.д.с. источника сигнала. В результате несложных преобразований, пренебрегая внутренним сопротивлением источника сигнала получается соотношение:

(1.26)

 

Выражение коэффициента усиления тока, также пренебрегая влиянием внутреннего сопротивления источника сигнала, получается:

(1.27)

 

Коэффициент усиления мощности:

(1.28)

 

Полезная выходная мощность каскада:

(1.29)

 

Полная мощность, расходуемая источником питания:

 

(1.30)

 

Электрический КПД усилительного каскада (%):

 

(1.31)

 

 

 1.3 Расчёт усилительного каскада по схеме с общим коллектором.

 

Рисунок 1.2: Принципиальная схема усилителя переменного тока с общим коллектором.

 

Каскад с общим коллектором отличается повышенным входным сопротивлением и пониженным выходным.

Максимальное напряжение на коллекторе – Ek определяется по выражению (1.1).

Напряжение «коллектор-эмиттер» в режиме покоя UКЭ0— по выражению (1.2).

Сопротивление резистора R3 :

(1.32)

Принимается стандартное меньшее значение.

Мощность резистора R3 определяется как произведение тока и напряжения:

(1.33)

К установке принимается ближайшее большее значение из стандартного ряда.

Ток коллектора в режиме покоя:

(1.34)

 

Параметры, необходимые для выбора транзистора.

Максимальный ток коллектора IК.МАКС (А) — по формуле (1.7).

Максимальная мощность на коллекторе транзистора PК.МАКС (Вт).- согласно (1.8).

Максимальное напряжение на коллекторе – Ek

На основании вычисленных параметров из справочника выбирается транзистор при соблюдении условия .(1.9).

К установке рекомендуются транзисторы на основе кремния.

Для выбранного транзистора в дальнейшем понадобятся следующие справочные параметры:

β (или h21Э) — статический коэффициент передачи тока (для режима по постоянному току);

h11Э (если приводится в справочнике) — входное сопротивление транзистора «база-эмиттер» в схеме с общим эмиттером.

 

Ток базы в режиме покоя IБ0 определяется по известному соотношению - (1.10).

Ток делителя напряжения R1-R2 принимается равным в 5…10 раз больше тока базы в режиме покоя — согласно (1.12).

Падение напряжения на резисторе R3:

(1.35)

 

Падение напряжения на резисторе R2 (UR2) складывается из напряжения на резисторе R3 и напряжения на эмиттерно-базовом переходе (1.13). Напряжение «база — эмиттер» для кремниевых транзисторов ориентировочно принимается равным (0.8....1) В.

 

Падение напряжения на резисторе R1 — UR1 согласно (1.14).

Сопротивление резистора R2 - ..(1.15).

Мощность резистора R2 — PR2 .(1.16)

Сопротивление резистора R1 - .(1.17)

Мощность резистора R1 - PR1 (1.18)

 

На этом заканчивается расчёт статического режима усилительного каскада, то есть для постоянного тока.

Далее следует расчёт динамического режима - для сигнала переменного тока.

С целью вычисления ёмкости разделительного конденсатора С1 требуется определить входное сопротивление каскада, которое определяется параллельным включением суммарного сопротивления делителя — RД и входного сопротивления транзистора — RВХ.Т .

(1.36)

 

Входное сопротивление транзистора можно определить, как сумму сопротивлений перехода «база-эмиттер» - h11Э  и эквивалентного сопротивления нагрузки транзистора RН1 :

(1.37)

 

(1.38)

h11Э - согласно (1.22)

 

(1.39)

 

Ёмкость разделительного конденсатора на входе каскада С1 определяется по заданной нижней границе частотного диапазона fН. Сопротивление конденсатора на этой частоте должно быть существенно меньше входного (примерно - на порядок) - ....(1.23).

К установке принимается ближайшее большее значение из стандартного ряда.

Ёмкость разделительного конденсатора на выходе С2 определяется аналогично, но по отношению к сопротивлению нагрузки - ..(1.24)

Коэффициент усиления напряжения определяется как отношение напряжения на нагрузке к э.д.с. источника сигнала. Используя известные соотношения [9], можно вычислить:

(1.40)

 

Коэффициент усиления тока упрощённо определяется, пренебрегая сопротивлением перехода «коллектор-эмиттер»

 

(1.41)

 

Полезная выходная мощность каскада:........(1.29)

Полная мощность, расходуемая источником питания:......(1.30)

Электрический КПД усилительного каскада (%):............(1.31)

 


Дата добавления: 2018-02-18; просмотров: 1277; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:




Мы поможем в написании ваших работ!