Пример расчета транзисторного усилительного каскада

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 4Следующая ⇒

Проведем для примера расчет усилительного каскада на транзисторе КТ602А, собранного по схеме ОЭ при U_КЭ0 =18В, R_Н=2,5кОм для режима класса А.

Принимаем U_КЭ0=18В, U_R_к=10,5В,U_R_э=7,5В, U_А=8,58В.

Задаемся величиной тока делителя R₁-R₂J_дел> J_Б0; J_дел = 12mА.

Тогда R₁+ R₂= Е_К/ J_дел = 36/12*10⁻³ = 3кОм.

Следовательно, величина R₂= U_А/ J_дел = 8,58/ 12*10⁻³ =715Ом

Принимаем R₂ = 680Ом (ближайшее значение из ряда значений Е24).

Тогда R₁ = 2320 Ом; принимаем R₁ =2,2кОм.

Тогда R_Э = 0,2Е_К/ J_Э0 =0,2*36/37,5*10⁻³ = 192Ом; принимаем R_Э = 200 Ом.

Тогда R_К = U_R_к / J_Э0 =10,5/37,5*10⁻³ = 280 Ом; принимаем R_К = 270 Ом.

Величина сопротивления цепи, состоящей из параллельно включенных сопротивлений R₁ и R₂ (в дальнейшем используем обозначение R₁||R₂), равна (2200*680)/(2200+680) = 519Ом.

R_{ВХ ТР}= h_11Э = 200 Ом,

R_{ВХ УС} = h_11Э||R₁||R₂ =519*280/719 = 144Ом.

Коэффициент усиления каскада по напряжению k_U = h_21Э* R_К/ h_11Э = 40*280/200 = = 56.

Коэффициент усиления каскада по току k_J = k_U *R_{ВХ УС}/ R_Н= 56*144/2500=3,22 R_{ВЫХ УС} = R_К||(1/ h_22Э) ≈ R_К = 280Ом.

Используемый в задаче определения величины коэффициента нелинейных искажений метод пяти ординат заключается в следующим. Переходная ВАХ разбивается на интервалы, как показано на рис.2.6, и отмечаются ординаты, которые соответствуют значениям при ωt=0, π/3, π/2, 2π/3, π.

Рис.2.6

Представляя ток в виде:

i=I₀+I₁ cos ωt+I₂ cos 2ωt+I₃ cos3ωt+I₄ cos 4ωt,

находим по пяти ординатам амплитуды гармоник:

I₀=1/6 (i_макс+2(i₁+i₂)+i_мин), I₁=1/3 (i_макс+i_мин+i₁-i₂),

I₂=1/4 (i_макс-2i₀+i_мин), I₃=1/6 (i_макс-2(i₁-i₂)+i_мин),

I₄=1/12 (i_макс-4(i₁+i₂)+i_мин+6i₀).

Алгоритм расчета величины коэффициента нелинейных искажений по методу пяти ординат должен быть следующим.

1. Проводим расчет режима работы транзистора на постоянном токе и определяем угол наклона нагрузочной характеристики на переменном токе; сопротивление нагрузки принимаем равным R_{ЭКВ Н}= R_К|| R_Н.

2. На основании входных ВАХ и нагрузочных характеристик строим переходную характеристику.

3. На основании входных ВАХ строим динамическую входную характеристику.

4. На основании динамической входной и переходной характеристик строим сквозную характеристику J_К= (Е_ГЕН) для выбранной (или заданной) величины внутреннего сопротивления источника сигнала R_ИСТ, полагая

Е_ГЕН=J_б× R_ИСТ + U_бэ(1+R_ИСТ/R), где R=R₁||R₂.

5. На сквозной характеристике при заданных Е_ВХ при его значениях +Еm, −Еm, +Еm/2, −Еm/2, 0 устанавливаем конкретные значения пяти ординат J_К0, J_1/2, Jmax , J_−1/2, Jmin и рассчитаем амплитуды гармоник I_m₁, I_m₂, I_m₃, I_m₄ и определим величину .

Покажем на численном примере механизм проводимых вычислений.

1. Итак, строим нагрузочную характеристику для сопротивления R_ЭКВ =R_К||R_Н

R_ЭКВ= = 252Ом

2. Принимаем R_ИСТ= 3,5R_ВХ = 3,5×144 500 Ом.

3. Строим сквозную динамическую характеристику

Е_ГЕН=J_б× R_ИСТ + U_бэ(1+R_ИСТ/R) = J_б×500 + U_бэ(1+500/519),

Jк = Jк (J_б).

Результаты проведеннях вычислений представлены в табл.3

Табл.3

	1	2	3	4	5	6	7	8
Jк, mA	11,5	22	33	37,5	41	51,5	59	65
J_б, mA	0,05	0,3	0,55	0,7	0,8	1,05	1,3	1,55
U_бэ, В	0,845	0,96	1,04	1,08	1,1	1,14	1,16	1,17
Е_ГЕН, В	1,68	2,03	2,315	2,47	2,56	2,76	2,92	3,07

4. По полученным результатам строим график зависимости J_к от Е_ГЕН; это и есть сквозная динамическая характеристика. Из неё находим J_К0, J_1/2, J_max , J_−1/2, J_min: J_max= 62mA, J_min=13mA, J_К0= 37,5mA, J_1/2=49,5mA, J_−1/2=25 mA.

5. Проводим проверку полученных результатов по соотношению

ΔJ_K₀= {J_max+J_min +2(J_1/2− J_−1/2)− 6J_К0} = {62+13+2(49,5+25)−6×37,5}=−0,166mA,

т.е. много меньше J_К0, что свидетельствует о доверительном характере полученных результатов.

6. Амплитуды токов гармоник будут равны

J_m₁= [J_max−J_min + J_1/2− J_−1/2]= [62−13+49,5−25]=24,5 mA,

J_m₂= [J_max+ J_min −2 J_К0] = [62+13−2×37,5]=0,

J_m₃= [J_max− J_min− 2(J_1/2− J_−1/2)] = [62−13−2(49,5−25)] =0,

J_m₄= [J_max+J_min−4(J_1/2+ J_−1/2)+6 J_К0] = [62+13−4(49,5+25)+6×37,5]=0,17mA.

И тогда = [J_m₂²+ J_m₃²+ J_m₄²]^1/2×100% = ×100% = 0,7%,

что меньше значения заданного значения =1,2%, т.е. цель достигнута.

= ×100% = 0,7%, что меньше заданного допустимого значения 1,2%.

Снижение коэффициента нелинейных искажений g до требуемого значения может быть реализовано путём уменьшения амплитуды входного сигнала E_ВХ_m, тем самым ограничения величины максимального входного сигнала и максимальной мощности на нагрузке. Уменьшить нелинейные искажения g в современной схемотехнике реализуется главным образом путем введения в схему усилителя цепей ООС.

Задание 3

Рассчитать схему (в зависимости от номера варианта)

- инвертирующего сумматора,

- неинвертирующего сумматора,

- вычитающего устройства.

№ варианта	Функция	Rн, кОм	_доп, %
1	4U₁+U₂+4U₃	6,0	1,3
2	−(5U₁+3U₂+2U₃)	7,5	1,5
3	U₁+4U₂+6U₃	8,5	1,8
4	−(3U₁+2U₂+3U₃)	10,0	0,6
5	6U₁+5U₂+U₃	5,5	1,2
6	8(U₁−U₂)	4,5	0,9
7	5U₁+6U₂+3U₃	6,5	0.8
8	7U₁− 2U₂	9,5	1,4
9	9U₁− 5U₂	12,5	0,7
10	−(3U₁+3U₂+2U₃)	5,5	1,2
11	4U₁+2U₂+3U₃	6,5	1,5
12	−(4U₁+2U₂+U₃)	7,0	1,6
13	2U₁+3U₂+5U₃	8,0	2,0
14	6U₁− 3U₂	4,2	1,1
15	2U₁− 3U₂	6,8	1,9
16	− (2U₁+2U₂+U₃)	5,0	1,0
17	−(4U₁+3U₂+7U₃)	6,3	1,4
18	2U₁+4U₂+7U₃	5,5	1,3
19	−(2U₁+4U₂+6U₃)	8,2	0,7
20	6U₁+3U₂+2U₃	5,5	1,2
21	8(U₁−2U₂)	4,2	0,9
22	5U₁+4U₂+U₃	6,8	0,8
23	8U₁− 2U₂	9,5	1,3
24	9U₁− 5U₂	12,0	0,75
25	−(3U₁+5U₂+U₃)	5,5	1,1
26	4U₁+2U₂+5U₃	6,8	1,4
27	− (7U₁+2U₂+U₃)	7,2	1,6
28	3U₁− 4U₂	6,2	1,8

Операционные усилители (ОУ) используют при построении аналоговых устройств: усилителей (в том числе и усилителей мощности), нелинейных преобразователей различного назначения, активных фильтров, счетно-решающих устройств, стабилизаторов напряжения и тока, аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразователей и т.н.

Ниже приведен общий порядок разработки устройств на ОУ и даны примеры разработки некоторых устройств.

Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 377; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 234 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!