Последовательность расчета усилителя

1.Выбирается сопротивление  из следующих соображений. Коэффициент  каскада прямо пропорционален . Ос­новным требованием к усилителю напряжения является обеспечение высоких коэффи­циентов усиления, с этой точки зрения  необходимо выбирать много больше . С другой стороны, от значения  зависит тре­буемое напряжение питания каскада ( ). Уравнение выходной цепи каскада по постоян­ному току имеет вид:

 .                                     (1)  

Из выражения (1) видно, что увеличение  ведет к уве­личению требуемого , поэтому  выбирается из условия:

 = (3…5) .

2. Определяется амплитуда переменной составляющей тока коллектора:

        .

3. Задаются координаты точки покоя выходной цепи транзис­тора. Они должны удовлетворять условиям:

 > ;

> .

Для определения  принимают  = I…2 В;  оп­ределяют из условия: = (1,1…1,2) . Для транзисторов малой мощности, рекомендуется задавать  не менее 1мА, чтобы точка покоя базовой цепи не располагалась на нелинейном участке входной ВАХ. Если расчетное значение  не удовлетворяет последнему условию, принимают  = 1 мА.

4. Определяется  каскада. Падение напряжения на сопро­тивлении  для обеспечения высокой температурной стабильности режима покоя выбирается из условия = (0,1….0,3) . Подставляя  в формулу (1), получим выражение для расчета :

,

округлить до большего целого числа.

5. Выбирается по справочнику транзистор из условий:

  > ;

> ;

> .

6. Определяется ток _.В справочной литера­туре приводится, как правило, диапазон изменения параметра транзистора. При расчете берется среднее значение . Для  по входной ВАХ, соответствующей , оп­ределяется напряжение . Точка покоя входной цепи транзис­тора должна располагаться на линейном участке ВАХ, в противном случае нужно увеличить  и повторить расчет. При этом пара­метры выбранного транзистора могут перестать отвечать условиям (п. 5), в этом случае необходимо выбрать транзистор другого типа.

7. Задается ток делителя = (2…5) , рассчитываются сопротивления ,  и  по формулам:

= ;

 = ;

.

Напряжения в формулы берутся по абсолютной величине.

8. Производится расчет каскада по переменному току.

В схеме замещения каскада по переменному току в области средних частот не учтено наличие в транзисторе внутренней обратной связи (описываемой параметром  транзистора), т.к. напряжение ОС, действующее на входе каскада  много меньше . Сопротивления входного делителя и  представлены в схеме замещения сопротивлением = = || .

По схеме замещения определяются параметры каскада по пе­ременному току:

=  =  || ;

 =  || .

(сопротивление относительно выходных зажимов при отключенном );

 = ;

 =  = .

Для правильно рассчитанного каскада значение  должно составлять (0,7...0,85) . Коэффициент усиления  должен быть много больше единицы. Ззначение  каскадов с ОЭ определяется значением па­раметра  транзистора и соотношением между  и значением параметра  транзистора, и может составлять (10²…10³) и вы­ше при использовании транзисторов с большим коэффициентом пе­редачи тока базы.

9. Определяется необходимое для управления каскадом амп­литудное значение входного напряжения:

.

Весь размах  должен укладываться на линейном участке входной ВАХ, иначе сигнал будет усилен с большими нелинейными искаже­ниями. Искажения могут возникнуть, если при изменении  от  до =  –  рабочая точка входной цепи тран­зистора выходит за границу линейного участка входной ВАХ. На входной ВАХ находят точку, соответствующую . Если точка располагается на нелинейном участке входной ВАХ, необходимо увеличить  и повторить расчет, начиная с пункта 4.

Последовательность Расчета усилителя
в области низких частот

Целью расчета является определение значение элементов схе­мы, наличие которых приводит к появлению частотных искажений усиливаемого сигнала в низкочастотной области (НЧ-область).

Такими элементами являются:

а) входной разделительный конденсатор ;.

б) выходной разделительный конденсатор ;

в) конденсатор  в цепи эмиттера.

Коэффициент частотных искажений, вносимых усилителем на нижней рабочей частоте ( ) определяется по формуле:

,

где  – коэффициент частотных искажений, вносимых i-м элементом схемы; n – число элементов схемы, вносящих частотные искажения в НЧ-области .

1.Коэффициент частотных искажений ( ) распределяется равномерно между всеми искомыми элементами схемы, определяется коэффициент частотных искажений ( ), выделяемый на каждый элемент, по формуле:

 = .

2.Определяются значения элементов схемы:

ü Емкость входного разделительного конденсатора:

,

где – входное сопротивление каскада на средних частотах;  – внутреннее сопротивление источника входного сигнала. Принять  = .

ü Емкость выходного разделительного конденсатора:

,

где  – выходное сопротивление каскада на средних частотах.

ü Емкость конденсатора ( ) в цепи эмиттера транзистора:

,

где .

Если в результате расчетов значения некоторых элемен­тов получатся большими (это, в первую очередь, относится к значениям емкостей конденсаторов ) производят перераспределе­ние . При этом увеличивают допустимый  для элементов с большим расчетным значением за счет уменьшения  других эле­ментов. После перераспределения  производится повторный расчет.

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА 2

Перед выполнением контрольной работы необходимо изучить теоретический материал. Варианты заданий указаны в каждой задаче.

Задача 1

Вариант задания определяется последней цифрой номера зачетной книжки.

Для каскада усилителя, охваченного последовательной отрицательной обратной связью по напряжению, приведите структурную схему и, в зависимости от варианта задания, определите:

а) значения U^*, U_oc и К_ос при заданных значениях U_вх, К и U_вых

б) значения U_вх , U_oc и Кос при заданных значениях β, К и U_вых

в) значения U_вых ,U^*, U_oc при заданных значениях U_вх, К и β

Задача 2

Какой должна быть выбрана емкость конденсатора С_э в схеме усилителя с ОЭ (приведите схему), если известны нижняя граница полосы пропускания f_н и R_э? Найдите падение напряжения от постоян­ной I_эо и переменной I_э~ составляющих тока. Что произойдет в случае обрыва цепи шунтирующего конденсатора С_э? Как при этом изменятся коэффициент усиления по напряжению и входное сопротивление?

Вариант задания определяется предпоследней цифрой номера зачетной книжки.

Задача 3

Привести схему усилительного каскада с ОК (при ­­­­ ) и, используя его схему замещения, рассчитать основные параметры: R_вх, R_вых, К_U , К_I и К_P.

Вариант задания определяется последней цифрой номера зачетной книжки.

Задача 4

На вход каскада с общим истоком поступает гармонический сигнал с амплитудой U_вх. Определите выходное напряжение, если крутиз­на стоко-затворной характеристики транзистора S, а сопротивление резистора в цепи стока R_с. Иска­зится ли форма выходного напряжения, если напряжение на стоке транзистора в режиме покоя равно U_сип? Приведите принципиальную схему каскада.

Вариант задания определяется предпоследней цифрой номера зачетной книжки.

Задача 5

 Определить коэффициент передачи в схеме истокового повто­рителя (при ­­­­ ) К_и ,                                           если крутизна S, сопротивление в цепи стока R_и. Приведите схему истокового повторителя. Как изменится коэффициент передачи К_и, если подключить сопротивление нагрузки R_н? Запишите расчетную формулу. Объясните, как влияет крутизна характеристики S транзистора на изменение коэффициента передачи исто­кового повторителя при подключении нагрузки.

Вариант задания определяется последней цифрой номера зачетной книжки.

ВОПРОСЫ НА ЗАЧЕТ

1. Усилители. Их основные параметры и характеристики.

2. Искажения сигналов в усилителях.

3. Обратные связи в усилителях.

4. Усилитель напряжения на БТ. Режим покоя, выбор рабочей точки. Классы усиления.

5. Стабилизация режимов покоя.

6. Принцип работы усилителя по схеме с ОЭ. Свойства схемы.

7. Усилитель по схеме с ОК. Свойства схемы.

8. Усилители напряжения на полевых транзисторах

9. Усилители постоянного тока (УПТ). Дрейф нуля в УПТ. Дифференциальный каскад.

10. Работа дифференциального каскада при воздействии дифференциального и синфазного входных сигналов.

11. Операционный усилитель (ОУ). Основные характеристики и параметры ОУ.

12. Инвертирующий и неинвертирующий усилители на основе ОУ.

13. Примеры включения ОУ (интегрирующие, дифференцирующие устройства, сумматоры).

14. Ключевой режим работы ОУ. Компараторы.

15. Мультивибратор на ОУ.

ЛИТЕРАТУРА

1. Лачин В.И., Савелов Н.С. Электроника. – Ростов н/Д: Феникс, 2007. – 704 с.

2. Забродин Ю.С. Промышленная электроника. – М.: Высшая школа, 2008. – 496с.

3. Миловзоров О.В., Панков И.Г. Электроника. – М.: Высшая школа, 2004. – 288с.

4.. Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая электроника (полный курс): Учебник для вузов. Под ред.О.П.Глудкина.-М.:Горячая линия – Телеком, 2003

5. Прянишников В.А. Электроника: Полный курс лекций.- 4-е изд.- СПб.: Корона принт, 2004.

6. Воронков Э.Н., Зенова Е.В. Полевые транзисторы: Учбное пособие.- М.: издательство МЭИ, 2004.- 60 с.

1. Гусев В.Г., Гусев В.М. Электроника. – М.: Высшая школа, 1991. – 622 с.

8.Транзисторы для аппаратуры широкого применения: Справочник /Под ред. Б.Л. Перельмана. – М.: Радио и связь, 1981. – 700 с.

9. Полупроводниковые приборы, диоды, тиристоры, оптоэлектронные приборы: Справочник / Под ред. Н.Н. Горюнова. – М.: Энергоатомиздат, 1985. – 743 с.

10. Галкин В.И. и др. Полупроводниковые приборы: Справочник /В.И. Галкин, А.Л. Булычев, В.А. Прохоренко. – Минск: Беларусь, 1987. – 285 с.

СОДЕРЖАНИЕ

1.            УСИЛИТЕЛИ.. 3