Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего
профессионального образования
«Самарский государственный архитектурно-строительный университет»
Строительно-технологический факультет
Кафедра «Механизации, автоматизации и электроснабжения в строительстве»
Курсовая работа
на тему: «Расчёт однокаскадного усилителя низкой частоты»
Выполнил: студент II курса
гр. ЗТ-84, СТФ
Овчинников К.О.
Проверил: Смирнов В.В.
САМАРА 2009
Основные понятия
Усилители являются одним из самых распространенных электронных устройств, применяемых в системах автоматики и радиосхемах. Усилитель осуществляет увеличение энергии управляющего сигнала за счёт энергии вспомогательного источника. Усилители подразделяются на усилители предварительные (усилители напряжения) и усилители мощности. Предварительные транзисторные усилители, как и ламповые, состоят из одного или нескольких каскадов усиления. При этом все каскады усилителя обладают общими свойствами, различие между ними может быть только количественное: разные токи, напряжения, различные значения резисторов, конденсаторов и т. п. Для каскадов предварительного усилителя наиболее распространены резистивные схемы (с реостатно-емкостной связью). В зависимости от способа подачи входного сигнала и получения выходного сигнала усилительные схемы получили следующие названия:
1) с общей базой ОБ ;
2) с общим коллектором ОК (эмиттерный повторитель) ;
3) с общим эмиттером - ОЭ .
Наиболее распространенной является схема с ОЭ. Схема с ОБ в предварительных усилителях встречается редко. Эмиттерный повторитель обладает наибольшим из всех трех схем входным и наименьший выходным сопротивлениями, поэтому его применяют при работе с высокоомными преобразователями в качестве первого каскада усилителя, а также для согласования с низкоомным нагрузочным резистором.
рис 1.
Назначение элементов и принцип работы усилительного каскада по схеме с ОЭ.
Существует множество вариантов выполнения схемы усилительного каскада на транзисторе ОЭ. Это обусловлено главным образом особенностями задания режима покоя каскада. Особенности усилительных каскадов и рассмотрим на примере схемы рисунок 2, получившей наибольшее применение при реализации каскада на дискретных компонентах.
Основными элементами схемы являются источник питания, управляемый элемент - транзистор и резистор . Эти элементы образуют главную цепь усилительного каскада, в которой за счет протекания управляемого по цепи базы коллекторного тока создается усиленное переменное напряжение на выходе схемы. Остальные элементы каскада выполняют вспомогательную роль. . Конденсаторы , являются разделительными. Конденсатор исключает шунтирование входной цепи каскада цепью источника входного сигнала по постоянному току, что позволяет исключить протекание постоянного тока через источник входного сигнала по цепи → → .
Резисторы и используются для задания режима покоя каскада. Поскольку биполярный транзистор управляется током, ток покоя управляемого элемента (в данном случае ток ) создается заданием соответствующей величины тока базы покоя . Резистор предназначен для создания цепи протекания тока . Совместно с резистор обеспечивает исходное напряжение на базе относительно зажима ”+” источника питания.
Резистор является элементом отрицательной обратной связи, предназначенным для стабилизации режима покоя каскада при изменении температуры. Температурная зависимость параметров режима покоя обусловливается зависимостью коллекторного тока покоя от температуры. Основными причинами такой зависимости являются изменения от температуры начального тока коллектора , напряжения и коэффициента . Температурная нестабильность указанных параметров приводит к прямой зависимости тока от температуры. При отсутствии мер по стабилизации тока , его температурные изменения вызывают изменение режима покоя каскада, что может привести, как будет показано далее, к режиму работы каскада в нелинейной области характеристик транзистора и искажению формы кривой выходного сигнала. Вероятность появления искажений повышается с увеличением амплитуды выходного сигнала.
Название схемы «с общим эмиттером» означает, что вывод эмиттера транзистора по переменному току является общим для входной и выходной цепи каскада.
Принцип действия каскада ОЭ заключается в следующем. При наличии постоянных составляющих токов и напряжений в схеме подача на вход каскада переменного напряжения приводит к появлению переменной составляющей тока базы транзистора, а, следовательно, переменной составляющей тока в выходной цепи каскада (в коллекторном токе транзистора). За счет падения напряжения на резисторе создается переменная составляющая напряжения на коллекторе, которая через конденсатор передается на выход каскада - в цепь нагрузки.
Задание на работу
Расчет каскада полупроводникового усилителя состоит из следующих этапов:
Задан транзистор ГТ108Г параметры которого предствлены в табл. 1
Табл.1
|
Тип транзистора |
Напряжение источника питания Е,В |
Амплитуда вход. Тока следующего каскада IмА |
Нижняя частота рабочего диапазона fГц |
Верхняя Частота рабочего диапазона fмГц |
Сопротивле- ние нагрузки RОм |
Емкость Нагрузки Сн, пФ |
|
ГТ108Г |
8 |
12 |
75 |
1 |
250 |
100 |
После выбора транзистора и схемы его включения необходимо составить принципиальную схему каскада.
Порядок расчета транзисторного усилителя по схеме с ОЭ.
Анализ каскада по постоянному току проводят графоаналитическим методом, основанным на использовании графических построений и расчетных соотношений. Графические построения проводятся с помощью выходных (коллекторных) характеристик транзистора . Удобство метода заключается в наглядности нахождения связи параметров режима покоя каскада и амплитудными значениями его переменных составляющих и являющимися исходными при расчете каскада.
На выходных характеристиках проводят так называемую линию нагрузки каскада по постоянному току N - M, представляющую собой геометрические места точек, координаты и которых соответствуют возможным значениям точки (режима) покоя каскада.
При отсутствии на входе усилителя входного напряжения через транзистор и сопротивление Rк протекает постоянный ток от источника Ек. Для любого момента времени напряжение на коллекторе определяется выражением
(1)
Это уравнение является вольтамперной характеристикой резистора или нагрузочной прямой каскада.
Согласно выражению (1), напряжение на коллекторе будет равно напряжению источника питания точка N. Вторую точку можно определить по точке покоя транзистора, которая при режиме А, наиболее часто применяемого в предварительных каскадах усилителей ( т. П1), выбирается из условий
(2)
(3)
Через эти точки проходит нагрузочная прямая, которая пересечет ось ординат в точке I
По значению этого тока можно определить сопротивление Rк.
/= (4)
Затем по точкам пересечения прямой с выходными ВАХ строится переходная характеристика.
Точку переносим на переходную характеристику и определяем точку П, по кторой находим точку , перенося П на входные характеристики. Затем находим значения тока покоя базы Iбп и напряжения Uбп.
Затем определим параметры элементов усилительного каскада. Максимальный коэффициент усиления получается при эквивалентном сопротивлении нагрузки в области верхних частот
= 2,7 Ом (5)
Уточним сопротивление резистора в цепи коллектора по формуле:
(6)
Конденсатор шунтирует резистор по переменному току, исключая тем самым проявление отрицательной обратной связи в каскаде по переменным составляющим. Отсутствие конденсатора привело бы к уменьшению коэффициентов усиления схемы. Значение резистора в цепи эмиттера определим соотношением