Загальні  поняття 

      У сучасній техніці широко  використовується принцип управління  енергією, що дозволяє за допомогою  витрати невеликої кількості енергії управляти енергією, але у багато разів більшою. Форма як керованою, так і  такою, що управляє енергії може бути будь-якою: механічною, електричною, світловою, тепловою  і т.д.

      Окремий випадок управління енергією,  при  якому  процес  управління є  плавним   і   однозначним   та   керована   потужність   перевищуєщо управляє,  носить  назву посилення  потужності   або   просто   посилення; пристрій, що здійснює таке управління, називають підсилювачем.

      Дуже широке застосування в   сучасній  техніці  мають   підсилювачі,  у яких енергія, що як  управляє,  так і  керує, є електричною енергією. Такі підсилювачі  називають  підсилювачами  електричних сигналів.

      Джерело електричної енергії,  що управляє,  від  якого   підсилювані електричні  коливання  поступають  на   підсилювач,   називають   джерелом сигналу, а ланцюг підсилювача, в  якому  ці  коливання  вводяться,  -  вхідним ланцюгом  або  входом  підсилювача.  Джерело,  від  якого  підсилювач  отримує енергію, що перетворюється в посилені  електричні  коливання,  назвемо основним джерелом живлення. Окрім нього,  підсилювач  може  мати  та  інші джерела  живлення,  енергія  яких  не  перетвориться   в   електричні коливання.  Пристрій,  що є  споживачем  посилених   електричних коливань,  називають  навантаженням  підсилювача  або   просто навантаженням;   ланцюг підсилювача, до якого підключається  навантаження,  називають  вихідним ланцюгом  або виходом підсилювача.

      Підсилювачі електричних сигналів (далі просто підсилювачі) застосовуються

у багатьох областях сучасної науки і техніки. Особливо широке  застосування підсилювачі мають в радіозв'язку і радіомовленні,  радіолокації,  радіонавігації радіопеленгації,  телебаченні,  звуковому  кіно,    дротяній   телекомунікації техніці  радіовимірів,  де   вони   є   основою   побудови   всієї апаратури.

      Окрім вказаних  областей  техніки,  підсилювачі  широко  застосовуються  в телемеханіці, автоматиці, рахунковий-вирішальних і обчислювальних  пристроях, в апаратурі ядерної  фізики,  хімічного  аналізу,  геофізичної  розвідки точного часу, медичною, музичною і в багатьох інших приладах. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Типи  підсилювачів 

      Підсилювачі діляться  на  ряд   типів  за  різними  ознаками.  По  роду підсилюваних електричних сигналів підсилювачі можна розділити на дві групи:

      –  підсилювачі  гармонійних   сигналів,  призначені  для   посилення періодичних   сигналів   різної   величини   і   форми,   гармонійні складові    яких    змінюються    багато    повільніше     за тривалість процесів, що встановлюються, в ланцюгах підсилювача.

–  підсилювачі  імпульсних  сигналів,   призначені   для   посилення неперіодичних  сигналів,   наприклад   неперіодичній   послідовності електричних імпульсів різної величини і форми.

      По ширині смуги і абсолютним значенням підсилюваних  частот  підсилювачі

 діляться на ряд наступних типів:

      –  підсилювачі  постійного  струму  або  підсилювачі  поволі   змінних напруги і струмів, що підсилюють  електричні  коливання  будь-якої  частоти  в межах від нижчої нульової робочої частоти до вищої робочої частоти.

      – підсилювачі змінного струму, що підсилюють коливання частоти від  нижчої межі  до  вищої,  але  нездібні  підсилювати   постійну   складову сигналу.

      –  підсилювачі  високої  частоти  (УВЧ),  призначені  для  посилення електричних  коливань  несучої  частоти,  що наприклад  приймаються приймальнею антеною радіоприймального пристрою.

      –  підсилювачі  низької   частоти  (УНЧ),  призначені  для   посилення гармонійних   складових   не   перетвореного    передаваного    або повідомлення, що приймається.

      Підсилювачі низької частоти   характеризуються  великим  відношенням  вищої робочої частоти до нижчої,  лежачим  в межах  10  -  500  для  підсилювачів звукових частот і що перевищує 105  для  деяких  типів  відео  підсилювачів. Підсилювачі  з  вищою  робочою  частотою  близько  сотень  кілогерц  і   вище що одночасно мають велике відношення  вищої  робочої  частоти  до  нижчої зазвичай називаються широкосмуговими підсилювачами.

      Избирательные усилители усиливают  электрические сигналы  в очень  узкой полосе частот. Виборчі підсилювачі підсилюють електричні сигнали  в дуже вузькою смузі частот.

      З трьох типів транзисторних каскадів для посилення напруги  придатні два: каскад із загальною базою  і  каскад  із  загальним  емітером. Каскад  із  загальним

колектором  може  бути  застосований   в   багатокаскадних   системах,   протее безпосереднього посилення напруги  такий  каскад  не  дає  і  виконує допоміжну роль.

      Для посилення напруги звукових  частот  найбільш  придатний   каскад  з загальним емітером, оскільки він має    вище вхідне  і    нижче вихідне опори в порівнянні з каскадом із загальною базою. 

Зміст 

1. Технічне  завдання
2. Вибір і опис схеми
3. Попередній розрахунок параметрів і вибір елементів схеми
4. Остаточний розрахунок
5. Опис реалізації в EWB
6. Проведення дослідів
1. Отримати осцилограму вихідного сигналу
2. Зняти АЧХ підсилювача
7. Висновки

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1.Технічне  завдання

Завдання  №5

Варіант №2

Проектування  і дослідження попереднього підсилювача

     Вихідні дані для проектування:

U_mвх=0.1 В 

U_mвих = 4 В

Δf= 100 - 12500 Гц

R_u = 300 Ом

R_н= 2000 Ом

M_н=2 дБ

M_в=1.5 дБ

F_в = 10000 Гц 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. Вибір і опис  схеми

    Відповідно  до вихідних даних, а саме заданого діапазону частот Δf:=80-12500Гц, проектується попередній підсилювач низької частоти (УНЧ). Найбільш поширеною схемою попереднього підсилювання сигналів низької частоти є схема транзисторного підсилювача зі спільним емітером, яка має достатньо високі вхідний та вихідний опори, що дозволяє не використовувати спеціальні погоджувальні пристрої.

     

 

     Рис. 2.1. Схема попереднього підсилювального  каскаду з загальним емітером 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3. Попередній розрахунок

     Тип транзистора для каскаду попереднього підсилення сигналу вибираємо за величиною максимально допустимої потужності, яка розсіюється на колекторі вихідного транзистора, Р_Кmax≥ Р_К; та за граничною частотою транзистора, яка повинна перевищувати верхню граничну частоту підсилювального діапазону частот,  f_в=12500 Гц.

     Для вибору типу транзистора розрахуємо потужність  Р_К , припускаючи, що R_h=R_k, та визначимо вимоги, яким повинен відповідати транзистор VT:

I_kmax:= _; I_kmaxt= 8·10^-3А;

Напруга джерела живлення з врахуванням  втрат (η≈0,5) повинна забезпечити:

U_kemax > 2 U_mвих = 8В   -  при  роботі в режимі А. 

Напругу джерела живлення кола колектора приймаємо рівною Е_к=20В.

P_k = ;  P_k = Вт.

 Вт.

Гранична  частота передачі транзистора  Гц; 

       Відповідно  до визначених вимог в результаті попереднього розрахунку вибираємо транзистор КТ315Е:

U_kemax := 35 В;

I_kmax:= 100мА; 

P_Кmax:=0.15 Вт; 

h_2le:=50...350; 

F_гр:=250*10⁶ Гц;

I_КБО=1/10мкА;

I_ЭБО=30/5мкА;

U_К=10В;   

I_К=1мА;  

h_11б=40 Ом; 

h_22б=0,3 мкОм;

С_К=7пФ;   

τ_к=1000nс. 

4. Остаточний розрахунок

Визначаємо величину струму спокою в колі колектора:

                                                    А 

Визначаємо опір в колі колектора R3:

                                             кОм. 

      Потужність, що розсіюється резисторі R_К, складає:

       Вт. 

Визначаємо опір  термостабілізації в колі емітера  R4:

                                             кОм. 

      Потужність, що розсіюється резисторі R_Э, складає:

        Вт. 

      З урахуванням потужності розсіювання  вибираємо тип резисторів     R_К, R_Э: МЛТ-0,125.

Визначаємо ємність  конденсатора С_Э:

                                                                           мкФ. 

    Вибираємо конденсатор  С3  типу  К50-6 –електролітичні  конденсатори, які найчастіше використовуються у транзисторних УНЧ.

Визначаємо елементи дільника напруги в колі бази R₁ та R₂.

Приймаємо падіння  напруги на резисторі R_Ф фільтра рівним:

       В.

Знаходимо напругу, яка підводиться до дільника:

       В.

Вибираємо струм  в колі дільника з умови:

       А.

Визначаємо R₁ та R₂ за формулами:

                                                                                                                         кОм. 

                                                         кОм. 

Потужність, що розсіюється резисторі R₁, складає:

        Вт.

Потужність, що розсіюється резисторі R₂, складає:

       Р_R2 = I_д² Вт.

З врахуванням  потужності розсіювання вибираємо  тип резисторів R₁, R₂: МЛТ-0,125.