Проектирование резистивного усилителя

 

Как видно из сводной расчетной таблицы максимальный КПД составляет 10.938 %, что довольно неплохой результат для выбранных начальных условий.

 

 

 

 

 

Для того чтобы проверить правильность рассчитанных параметров, выполним моделирование усилителя в Micro-Cap.

На рабочем столе собираем схему выбранного резистивного усилителя с рассчитанными параметрами (рисунок) 4.3.3

Рисунок 4.3.3 – Схема резистивного усилителя в Micro-Cap

Выведем значение токов в ветвях и напряжений  в узлах с помощью встроенных функций Рисунок 4.3.4

Рисунок 4.3.4- Эмиттерный повторитель с выведенными токами в ветвях и напряжениями в узлах.

 

 

Как видно из Рисунка 4.3.4. экспериментальные и расчетные токи не совпадаю. Вероятнее всего это вызвана тем что модель транзистора выполнена наихудшим образом, и по всей видимости в ней не учитываются те или иные параметры.

 

Построим АЧХ и ФЧХ в среде MicroCap:

 

Рисунок 4.3.5- АЧХ и ФЧХ KT819A для схемы с РТ В и Rн=100 Ом.

 

Как видно из рисунка, коэффициент усиления близок к расчетному Ku=0,997.

Но нельзя не отметить абсурдность АЧХ, так как граничная частота работы транзистора 3МГц, на данном же графике мы наблюдаем его работу в области частот превышающих данное значение.

Принудительное введение ёмкости коллекторного перехода не дало никаких результатов. Что в свою очередь подтверждает факт не корректности модели транзистора.

Так же в пользу данного утверждения можно добавить абсолютное расхождение ВАХ транзистора смоделированное от справочного.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 ВЫВОД

 

В ходе выполнения курсового проекта, было выполнено моделирование резистивного усилителя на основе выбранного биполярного транзистора (КТ815Г), рассчитаны значения его элементов для получения максимального КПД. В ходе моделирования усилителя в прикладном пакете, была замечена некорректная работа пакета. Исходя из знаний, полученных при расчете параметров усилительного каскада для максимального КПД, можно сделать вывод о том, на КПД влияет расположение рабочей точки и величина нагрузки.

 

Результаты работы:

Максимально полученный КПД для схемы резистивного усилителя с общим эмиттером на биполярном транзисторе КТ815Г   η = 10.938% .

Параметры схемы:

Епит = 20 В

R1 = 655.48 Ом

R2 =744,52 Ом

Rэ = 100

Rн=100 Ом

Ср1 = 49.716 мкФ

Ср2 = 0.3157 мФ

 

 

Так как для практической реализации, точно подобрать номиналы элементов невозможно, КПД может несколько отличаться.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 ВЫВОД

 

В ходе выполнения курсового проекта, было выполнено моделирование резистивного усилителя на основе выбранного биполярного транзистора (КТ815Г), рассчитаны значения его элементов для получения максимального КПД. В ходе моделирования усилителя в прикладном пакете, была замечена некорректная работа пакета. Исходя из знаний, полученных при расчете параметров усилительного каскада для максимального КПД, можно сделать вывод о том, на КПД влияет расположение рабочей точки и величина нагрузки.

 

Результаты работы:

Максимально полученный КПД для схемы резистивного усилителя с общим эмиттером на биполярном транзисторе КТ815Г   η = 8.837% .

 

Параметры схемы:

Епит = 20 В

R1 = 225.944Ом

R2 =256.636Ом

Rэ = 100

Rн=100 Ом

Ср1 = 49.716 мкФ

Ср2 = 0.3157 мФ

 

 

Так как для практической реализации, точно подобрать номиналы элементов невозможно, КПД может несколько отличаться.

 

 

 

 

 

 

 

 

Рассчитаем  коэффициент передачи по току h21э= β из выходной характеристики транзистора для разных точек.

 

Для РТ коэффициент передачи по току получился следующий:

Для РТ А 

Для РТ B 

Для РТ С 

 

   Полученные значения говорят о том что модель транзистора предоставленная в ППП micro-cap не соответствует нашему транзистору. Рассчитаем усилитель по полученным h-параметрам. 

Ток делителя:

 

Сопротивления делителя:

 

 

Максимальная  амплитуда выходного синусоидального напряжения:

Umвых = Iк0*R∼ = 5В

Мощность рассеиваемую на нагрузке :

 

Суммарная мощность, потребляемая от источника питания:

 

КПД усилителя:

 

Входное сопротивление со стороны базы транзистора:

 

Сопротивление  базы:

 

Входное сопротивление каскада:

 

Выходное сопротивление каскада:

 

 

Ёмкость разделительных конденсаторов:

 

 

 

 

Где – коэффициент нелинейных искажений на нижних частотах равный

Коэффициент усиления по напряжению:

 

 

Коэффициент усиления по току:

 

Для удобства рассмотрения зависимостей КПД и мощности выделяемой на нагрузке составим сводные таблица для трёх рабочих точек A,B,C.

	РТ А			РТ В			РТ С
Rн, Ом	18.182	20	15	100	120	80	10.715	12	8
Iк0, А	0.2	0.2	0.2	0.1	0.1	0.1	0.266	0.266	0.266
Uкэ0, В	12	12	12	10	10	10	14.48	14.48	14.48
Iб0, мА	8	8	8	3	3	3	12	12	12
Uбэ0, В	0667	0.667	0.667	0.636	0.636	0.636	0.682	0.682	0.682
h11, Ом	4.842	4.842	4.842	11.376	11.376	11.376	3	3	3
Iдел, А	0.08	0.08	0.08	0.041	0.041	0.041	0.186	0.186	0.186
Rэ ,Ом	40	40	40	100	100	100	20.752	20.752	20.752
R1,Ом	141.096	141.096	141.096	225.944	225.944	225.944	74.177	74.177	74.177
R2, Ом	107.904	107.904	107.904	256.636	256.636	256.636	33.342	33.342	33.342
R~, Ом	12.5	13.333	10.909	50	54.545	44.444	7.067	7.603	5.774
Umвых,В	2.5	2.667	2.182	5	5.455	4.444	1.88	2.022	1.536
Pн, Вт	0.25	0.267	0.218	0.25	0,273	0.222	0.25	0.269	0.204
,Вт	5.606	5.606	5.606	2.829	2.829	2.829	9.04	9.04	9.04
Pк, Вт	2.4	2.4	2.4	1	1	1	3.852	3.852	3.852
, %	4.459	4.756	3.892	8.837	9.641	7.855	2.765	2.975	2.26
rвх, Ом	328.592	350.175	287.387	1268	1282	1128	111.118	119.331	91.343
Rб, Ом	61.144	61.144	61.144	120.157	120.157	120.157	23.002	23.002	23002
Rвх,Ом	51.551	52.055	50.417	109.755	110.546	108.592	19.057	19.285	18.375
Rвых,Ом	1.652	1.652	1.652	2.625.	2.625	2.625	1.418	1.418	1.418
C1 мкФ	306.205	303.244	313.093	143.823	142.794	145.363	828.304	818.527	859.058
C2, мФ	1.263	1.184	1.447	0.315	0.289	0.355	2.076	2.076	2.734
KU	0,985	0,986	0,983	0.991	0.992	0.99	0.975	0.994	0.967
KI	2.794	2.567	3.305	1.088	0.914	1.344	1.567	7.728	2.221

Как видно из сводной расчетной таблицы максимальный КПД составляет 8.837 %, что довольно неплохой результат для выбранных начальных условий.