Расчет транзисторного усилителя

- устраняет отрицательную обратную связь по переменному току, так как переменный ток замыкается не через резистор , а через этот конденсатор. Вывод эмиттера через конденсатор С_э соединяется по переменному току с общей шиной, поэтому каскад называется с общим эмиттером.

 

2. Расчет каскада  с ОЭ по постоянному току

 

2.1. Определяем напряжение питания:

                               Епит=0,8Uк.доп=0,8*100=80 B

2.2. Расчет каскада на транзисторе VT с общим эмиттером производим в классе А и проектируем выходной каскад на 80%-ю мощность P_к.доп, рассеиваемую транзистором в режиме покоя [1, 2]:

                          Рк.пок=0,8Рк.доп=0,8*0,2=0,16 Вт

 2.3. Задаем напряжение покоя эмиттера:

Еэ.пок=0,1Епит=0,1*80=8 В

2.4. Выбираем рабочую точку Р.Т. в середине динамической характеристики транзистора, что соответствует напряжению покоя коллектора:

                     Uк.пок=0,5*(E_пит - Е_{э. пок.})=0,5*(80-8)=36 В

5. Рассчитываем ток покоя коллектора:

Iк.пок=Рк.пок =0,16 = 0,0044 А

                                                   Uк.пок          36

6. Находим сопротивление токоограничивающего резистора в цепи коллектора R_к:

Rк=Епит-Uк.пок =  9900 Ом

                                                           Ik.пок

 

Выбираем резистор МЛТ- 10кОм.

7. Находим мощность, рассеиваемую на резисторе R_к:

P=I²к.покRk=0,0044^2*9900=0,19556 Вт

Выбираем резистор мощностью 0,2 Вт.

8. При разбросе значений коэффициента передачи В транзистора с ОЭ от минимального значения до максимального среднее значение по формуле [1]:

,

где R_н =10 кОм– сопротивление нагрузки, выберем равным сопротивлению R_к с целью согласования (для максимальной передачи мощности).

9. Находим напряжение покоя базы:

U_б.пок=U_э.пок+U_{э.порог}=8+0,7=8,7 В

10. Определяем ток покоя базы:

I_б.пок=I_к.пок =0,0044 =0,000222 А

                                               В_ср = 20

11. Задаем ток делителя через резисторы R , R :

I_дел=5*I_б.пок=5*0,000222=0,00111 А

12. Находим сопротивление резистора :

                                         R₁=E_пит-U_б.пок        =    53475 Ом

                                                I_дел+ I_б.пок     

Выбираем резистор 56 кОм по ряду Е12.

Определяем мощность резистора R₁:

                    Р=( I_дел+ I_б.пок)²R₁=0,095 Вт

Выбираем резистор на мощность 0,125 Вт.

13. Находим сопротивление резистора R₂:

                                                R₂= U_{б.пок    =}7830 Ом        

I_дел     

Выбираем резистор 8,2 кОм по ряду Е12.

Определяем мощность резистора R₂:

                    Р= I²_дел R₂ =0,00967 Вт

Выбираем резистор на мощность 0,125 Вт.

14. Находим сопротивление резистора :

R_э   = U_э.пок = 1714 Ом

                                                      I_к.пок+I_б.пок

Выбираем резистор 1,8 кОм по ряду Е12.

Определяем мощность резистора R_э:

P=( I_к.пок+ I_б.пок)² R_э =(0,022+0,0355)²*27,826=0,037 Вт

Выбираем резистор на мощность 0,125 Вт.

Контуры замыкания постоянных токов I_дел,  I_б.пок, I_к.пок показаны на рис.6 (пунктирные линии). Эти токи создает источник питания Е_пит.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Расчет каскада по переменному току

 

Исходные данные:

f_н=100 Гц – нижняя граничная частота входного сигнала.

r_э= 10 Ом – дифференциальное сопротивление эмиттерного p-n.

r_б= 50 Ом – объемное сопротивление базы.

U_{э.порог} = 0,7 В – пороговое напряжение отпирания эмиттерного p-n  перехода;

r_к=10 кОм - дифференциальное сопротивление коллекторного p-n.

R_ист.с=600 Ом – внутреннее сопротивление источника входного сигнала.

R_к=R_н=10 кОм

R_вх=r_б+(1+В_ср)r_э=260 Ом

W_н=2Пf_н=6,28*100=628 рад/сек

R_экв1=R_ист.с +R_вх=600+50+(1+20)*1800= 37850 Ом

R_экв2 = B_ср*(R_kr_k/R_k+r_k)+R_н=110 кОм

 

Переменный сигнал идет на уровне постоянного сигнала, поэтому на выход усилителя проходит как положительная, так и отрицательная полуволны входного сигнала. Энергия для усиления сигнала отбирается от источника питания Е_пит. Для отделения переменных составляющих от постоянных, ставят конденсаторы C₁, C₂, C_э.

Введем понятие частотных искажений, обусловленных постоянными времени Т_С1, Т_С2, Т_Сэ цепей по которым заряжаются и разряжаются конденсаторы C₁, C₂, C_э в схеме усилителя:

,

Частотные искажения  показывают на сколько снижается амплитуда переменного сигнала при прохождении через конденсаторы на низкой или высокой частотах. На средних частотах сопротивление конденсаторов мало и падением напряжения на конденсаторах пренебрегают. На высоких частотах учитывается барьерная емкость коллекторного перехода и зависимость коэффициента передачи тока базы В от частоты, при этом амплитудно-частотная характеристика усилителя на высоких частотах повторяет указанную зависимость (рис. 1).

На заданной низкой частоте  f_н=100 Гц распределяем стандартный коэффициент низкочастотных искажений по конденсаторам С₁,  С₂, С_э, усилительного каскада

М_н=М₁М₂М_э=1,05*1,05*1,1=1,2175

Для конденсатора  С_э коэффициент М_э увеличиваем до значения 1,2175, так как он зашунтирован меньшим сопротивлением, по сравнению с другими конденсаторами.

 

Исходные данные:

В_ср=6,2 – средний коэффициент усиления

f_н=100 Гц – нижняя граничная частота входного сигнала.

r_э= 10 Ом – дифференциальное сопротивление эмиттерного p-n.

r_б= 50 Ом – объемное сопротивление базы.

r_к=10 кОм - дифференциальное сопротивление коллекторного p-n перехода;

R_ист.с=600 Ом – внутреннее сопротивление источника входного сигнала;

 

R_экв1=R_ист.с +R_вх=600+50+(1+1,62)*10=38450 Ом

R_экв2 = B_ср*(R_kr_k/R_k+r_k)+R_н=110000 Ом

R_экв.э= r_э=10 Ом

W_н=2Пf_н=6,28*100=628 рад/сек

 

 

1. Рассчитываем значение конденсатора С₁:

=0,129мкФ

 

Выбираем конденсатор С =  0,12 мкФ  

2. Рассчитываем значение конденсатора С₂:

 

0,045215333

Выбираем конденсатор С₂=  0,047 мкФ  

3. Рассчитываем значение конденсатора С_э:

=229*10^-6Ф

 

Выбираем электролитический конденсатор С_э= 220 мкФ.

 

4. Находим коэффициент усиления каскада по напряжению на средних частотах:

K_u=-B_с   R_к =-20*  10000 =-5,201

                                          R_ист.с+R_вх                 37850

где знак минус отражает поворот фазы выходного сигнала на 180^о относительно входного.

5. Находим коэффициент усиления по току на средних частотах:

К_I=-B_срR_к  =-20* 10000 =-10

                                            R_к+R_н                        20000

6. Находим коэффициент усиления по мощности сигнала, действующего на базе транзистора

К_p=K_uK_I =(-5,201)*(-10)=52,01

 

 

 

                                                     

 

 

4. Список литературы:

1.  Белов Г.А. Электронные цепи и микросхемотехника: Учебное пособие для вузов. Чебоксары: Изд-во Чуваш. Ун-та, 2004.-780 с.

2.  Кучумов А.И. Электроника и схемотехника – Москва «Гелиос АРВ», 2004.

3.  Захаров В.Г. Расчет электрических цепей по модифицированным правилам Кирхгофа: Учеб. пособие. Чебоксары: Изд-во Чуваш.ун-та, 2006. 128 с.

4. Нефедов А.В., Аксенов А.И. Отечественные транзисторы бытовой, промышленной и специальной аппаратуры: Справочное пособие. Москва, «Солон-Пресс» 2006

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Приложение. Типы и параметры транзисторов.

№ вар (стр)	Тип транзистора	Uк.доп, В	Iк.доп, мА	Вмин- -Вмакс	P, Вт	Струк-тура
1 (39)	КТ3179А9	150	55	65	0,2	n-p-n
2 (37)	КТ3176А9	35	500	60	0,2	n-p-n
3 (35)	КТ3173А9	30	530	500	0,2	n-p-n
4 (33)	КТ3171А9	15	530	50	0,2	n-p-n
5 (31)	КТ3153А9	60	400	100-300	0,3	n-p-n
6 (28)	КТ3151А9	80	100	20	0,2	n-p-n
7 (26)	2Т3130А9	50	100	100-250	0,2	n-p-n
8 (16)	КТ218А9	80	50	20	0,2	p-n-p
9 (13)	КТ216А	60	10	9-50	0,075	p-n-p
10 (12)	2Т214А9	100	100	20	0,2	p-n-p
11 (10)	КТ209В2	15	300	200	0,2	p-n-p
12 (8)	2Т215А9	100	50	20	0,2	n-p-n
13 (57)	КТ3170А9	40	30	100	0,25	n-p-n
14 (14)	КТ3172А9	20	20	40	0,2	n-p-n
15 (61)	2Т3175А9	50	100	250-1000	0,35	n-p-n
16 (54)	КТ3142А	40	200	40-120	0,36	n-p-n
17 (53)	2Т3115А-6	10	8,5	15-110	0,05	n-p-n
18 (51)	КТ368А-5	15	30	50-450	0,225	n-p-n
19 (50)	2Т368А9	15	30	50-300	0,1	n-p-n
20 (49)	КТ339АМ	40	25	25	0,26	n-p-n
21 (47)	2Т316А-5	10	30	20-60	0,15	n-p-n
22 (63)	2Т370А9	15	15	20-70	0,03	p-n-p
23 (65)	КТ3126А9	35	30	25-150	0,11	p-n-p
24 (66)	КТ3128А9	35	20	15-150	0,11	p-n-p
25 (19)	КТ3816	25	15	40	0,015	p-n-p
26 (63)	2Т370Б9	15	15	40-120	0,11	n-p-n
27 (8)	2Т215Б9	90	50	30-90	0,2	n-p-n
28 (8)	2Т215В9	80	50	40-120	0,2	n-p-n
29 (8)	КТ215Г9	60	50	40-120	0,2	n-p-n
30 (8)	КТ215Д9	30	50	80	0,2	n-p-n