Расчет стабилизатора

Рис. 11

12. Определение тока и напряжения смещения в цепи базы транзистора.

Для обеспечения выбранного положения рабочей точки А на нагрузочной прямой (рис. 11) в режиме покоя необходимо создать требуемый ток смещения базы и соответствующее напряжение смещения в цепи база-эмиттер.

Ток базы смещения определяется на основе выходных характеристик транзистора, как ток, соответствующий выходной характеристике проходящей через рабочую точку покоя А. I⁰_б=210 мА.

Напряжение смещения определяют по входной характеристике транзистора (рис. 12). Для этого откладывают по оси токов требуемый ток базы смещения , по уровню этого тока определяют положение рабочей точки в режиме покоя на входной характеристике, а напряжение, соответствующее точке будет являться необходимым напряжением смещения в цепи база-эмиттер. =0,9 В.

13. Расчет цепи смещения и стабилизации рабочего режима транзистора. Подача смещения в базовую цепь транзистора и стабилизация рабочего режима в схеме с ОЭ (рис. 19) осуществляется делителем , формирующим напряжение смещения, совместно с эмиттерным сопротивлением , создающим отрицательную обратную связь по постоянной составляющей тока эмиттера.

Падение напряжения на эмиттерном сопротивлении определено на начальном этапе расчета (4.23). Эмиттерный ток, протекающий через близок к току покоя коллектора. В результате эмиттерное сопротивление рассчитывается по соотношению

=1,2/8,2=0,15 Ом (4.42)

Полученное значение округляется до ближайшего стандартного номинального значения. Поскольку на эмиттерном сопротивлении обратной связи падает часть напряжения питания , то уравнение нагрузочной прямой каскада по постоянному току относительно общего напряжения питания каскада , включающего падение напряжения на сопротивлении , будет иметь вид

, (4.43)

положение которой показано на рис. 11. Как видно все три нагрузочных прямых проходят через рабочую точку покоя А, она принадлежит им одновременно.

Делитель напряжения , обеспечивает необходимое напряжение на базе транзистора, которое складывается из напряжения смещения база-эмиттер и напряжения на эмиттерном сопротивлении

=0,9+1,2=2,1 В (4.44)

Кроме того, от эквивалентного сопротивления делителя в цепи базы

(4.45)

зависит коэффициент температурной нестабильности каскада

, (4.46)

который для каскадов на германиевых транзисторах задают порядка 4-6 единиц, а на кремниевых 10-12 единиц. При заданном определяют максимально допустимое сопротивление в цепи базы

=9*0,15=1,35 Ом (4.47)

после чего рассчитывают сопротивление и

=12*1,35/(0,9+0,21*1,35)=13,69 Ом=15 Ом

=1,35*15/(15-1,35)=1,5 Ом (4.48)

и округляют их до ближайших стандартных значений.

При упрощенных расчетах цепи смещения задают ток делителя в пределах . При заданном токе делителя сопротивления его элементов рассчитывается по соотношениям:

. (4.49)

Во многих практических случаях для кремниевых транзисторов достаточно хорошая стабильность обеспечивается при выборе сопротивления нижнего плеча делителя на порядок больше сопротивления эмиттерного резистора , при этом ток делителя практически на порядок меньше тока покоя коллектора . После упрощенного расчета делителя определяют для контроля коэффициент температурной нестабильности (4.46).

14. Определение параметров входного сигнала. Амплитудные значения переменных составляющих входного тока и напряжения в цепи базы транзистора производят по входной характеристике транзистора рис. 12. Для этого крайние положения рабочих точек на нагрузочной прямой переменного тока (5) и (1), соответствующие амплитудным значениям переменных составляющих тока и напряжения коллектора (рис. 11), переносят на входную характеристику. Для этого определяют токи базы , соответствующие выходным характеристикам транзистора проходящим через точку и точку . Эти токи откладывают по оси токов на входной характеристике транзистора (рис. 21) и определяют крайние положения рабочих точек () и () на входной характеристике. В точке ток базы и напряжение база-эмиттер максимальны

, , (4.50)

а в точке ток базы и напряжение база-эмиттер минимальны

, . (4.51)

Рис. 12. Определение постоянных и переменных составляющих сигналов во входной цепи транзистора

При действии входного сигнала рабочая точка на входной характеристике будет совершать колебания между этими точками, размах колебаний равен двойной амплитуде переменных составляющих тока и напряжения. Точкам и соответствуют амплитудные значения переменных составляющих тока базы и напряжения база-эмиттер , которые, учитывая нелинейность входной характеристики, рассчитывают на основе усреднения по соотношениям

=0,45 А =0,33 В (4.52)

Зная амплитуды переменных составляющих тока и напряжения в цепи базы можно определить входное сопротивление транзистора для выбранного режима работы

=0,73 (4.53)

Входное сопротивление по переменному току каскада в целом при наличии шунтирующей эмиттерной емкости определяется параллельным соединением входного сопротивления транзистора и сопротивления делителя в цепи базы

=0,73*1,35/(0,73+1,35)= (4.54)

Амплитуда необходимого входного напряжения равна амплитуде напряжения база-эмиттер

=0,33 В (4.55)

амплитуда входного тока каскада определяется входным сопротивлением

=0,45+0,33/1,35=0,7 А (4.56)

15. Расчет разделительных и шунтирующих емкостей в усилительном каскаде.

Расчет разделительных и шунтирующих емкостей при проектировании усилительных каскадов производится на основе приведенной в исходных данных допустимой величины коэффициента частотных искажений на нижней граничной частоте полосы пропускания , который не должен превышаться в проектируемой схеме.

Каждая из разделительных и шунтирующих емкостей схемы вносит свой вклад в создание частотных искажений. Результирующий коэффициент частотных искажений каскада или схемы в целом определяется произведением составляющих коэффициентов частотных искажений вносимых каждой емкостью

. (4.57)

Составляющая, вносимая каждой емкостью, зависит от постоянной времени цепи, содержащей данную емкость, и от нижней граничной частоты

, , , (4.58)

где , , - постоянные времени разделительных и эмиттерной емкостей.

Заданный допустимый коэффициент частотных искажений разбивается на составляющие в соответствии с количеством емкостей в схеме. В простейшем случае он разбивается равномерно на одинаковые составляющие . Из условия не превышения этих составляющих получим из (4.58) соотношения для расчета емкостей в усилительном каскаде

,

, (4.59)

.

Из полученных выражений следует, что чем меньше нижняя граничная частота, тем большими должны быть величины разделительных емкостей. Соответственно, чем меньше допустимые частотные искажения и чем ближе к 1, тем большей величины требуются разделительные емкости. Если последовательно с разделительной емкостью включено низкоомное сопротивление, то требуемая величина увеличивается. Поэтому эмиттерные емкости получаются значительно больше разделительных. На практике, для уменьшения различия между эмиттерными и разделительными емкостями, долю частотных искажений эмиттерных емкостей задают существенно больше, чем разделительных: , . При этом величина эмиттерных емкостей уменьшается, а разделительных несколько увеличивается.

Рассчитанные величины емкостей округляют в большую сторону до ближайших стандартных значений.

Емкость разделительного конденсатора С_Р:

С_р=10/(2*р*f_в*(R_э+R_к))=10/(2*3,14*20*10³*(0,15+0,68))=96 мкФ

Выбираем из ряда Е48 = 100 мкФ.

Емкость конденсатора в цепи эмиттера С_Э:

C_э=10/(2* р* f_в*R_э)=530 мкФ

Выбираем из ряда Е48 = 536 мкФ.

8. Коэффициент усиления каскада по напряжению

К_u=U_вых/U_вх=4/0,33=12

Принципиальная схема каскада транзисторного усилителя по схеме с ОЭ с рассчитанными величинами элементов для транзистора КТ935А.

Разработка печатной платы в среде программы Sprint-Layout 5.0.

Выбираем из библиотеки подходящие элементы.

Компонуем элементы и задаем связи в соответствии со схемой.

Производим трассировку.

Электомонтажная схема печатной платы каскада транзисторного усилителя по схеме с общим эмитером

Разьем Х1

Заключение

Интенсивное использование электрической энергии связано со следующими ее особенностями: возможностью достаточно простого и экономичного преобразования в другие виды энергии (механическую, тепловую, лучистую и т.д.); возможность централизованного и экономичного получения на различных электростанциях; простой передачи с помощью линий электропередачи с малыми потерями на большие расстояния к потребителям.

Высокая рентабельность и конкурентоспособность современных предприятий базируется на полной механизации и автоматизации производственных процессов. Решение этих задач требует создания автоматизированных систем управления на основе современной электротехнической и электронной аппаратуры и электрооборудования. Во всех отраслях производства с помощью электротехнической аппаратуры осуществляется управление производственными механизмами, автоматизация их работы, контроль за ведением производственного процесса, обеспечение безопасности обслуживания и т.д.

Во время работы я изучил принципы действия, структуру и методы расчета параметрического стабилизатора напряжения на основе кремниевого стабилитрона графоаналитическим способом, определил h-параметры двух биполярных транзисторов включенных по схеме с общей базой (ОБ) и общим эмиттером (ОЭ) и коэффициенты усиления по напряжению единичного каскада по схемам ОБ и ОЭ для заданного сопротивления включенного последовательно с транзистором в цепь коллектор - эмиттер.

Кроме того я получил навык в расчете усилительного каскада с заданными параметрами и разработке его печатной платы программными средствами ЭВМ.

Список используемой литературы

1. Гутников В.С. Интегральная электроника в измерительных устройствах. Л.: Энергоатомиздат, 1988. 304 с.

2. Изъюрова Г.И. и др. Расчет электронных схем: примеры и задачи. М.: В.шк., 1987. 395 с.

3. Волович Г.И. Схемотехника аналоговых и аналого-цифровых электронных устройств. - М.: Издательский дом «Додэка XXI», 2005. - 528 с.

4. Валенко В. С. Полупроводниковые приборы и основы схемотехники электронных устройств. - М.: «Додэка», 2001, - 368 с.

5. Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника. - СПб.: БХВ-Петербург, 2001. - 528 с.

6. Лачин В.И., Савелов Н.С. Электроника: Учебное пособие. - Ростов н/Д: изд-во «Феникс», 2007. - 703 с.

7. Прянишников В.А. Электроника: полный курс лекций.-СПб.:ООО «КОРОНА ПРИНТ», 2003. - 420 с.

8. Цыкина А.В. Проектирование транзисторных усилителей низкой частоты. - М.: Связь, 1968. - 184 с.

9. Проектирование транзисторных усилителей звуковых частот /Под ред. Н.Л. Безладнова. - М.: Связь, 1978. - 368 с.

10. Бочаров Л.Н., Жеребятников С.К., Колесников И.Ф. Расчет электронных устройств на транзисторах. - М.: Энергия, 1978. - 208 с.

11. Проектирование усилительных устройств на транзисторах /Под ред. Г.В. Войшвилло. М.: Связь, 1972. 184 с.

Размещено на Allbest.ru