Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Пояснительная записка по дисциплине «Схемотехника аналоговых электронных устройств» на тему:

Усилительный каскад на биполярном транзисторе

Оглавление

Введение.

1. Расчет по постоянному току.

2. Расчет коэффициента усиления.

3. Определение полосы пропускания.

4. Расчет разделительных емкостей.

5. Автоматизированный расчет.

Выводы.

Введение

Целью данной работы является расчет и проектирование усилительного каскада на биполярном транзисторе со следующими заданными параметрами:

1. Расчет по постоянному току

Примем сопротивление коллектора равным сопротивлению нагрузки и рассчитаем эквивалент по переменному току:

Ом 1

Далее рассчитаем ток и напряжение в рабочей точке, исходя из условия что напряжение Uv на выходе составляет 2 В:

А 2

Примем, что напряжение насыщения Un=2В, тогда напряжение рабочей точки составляет:

В 3

Теперь необходимо подыскать транзистор, исходя из условий:

А

Вт

Гц

Нам идеально подходит отечественный транзистор 2Т996Б2 со следующими паспортными данными:

Сопротивление эмиттера найдем по закону Ома для участка цепи, учитывая, что на эмиттере падает напряжение 3В, и через него течет ток коллектора + в (Hfe) раз меньший ток базы:

Ом 4

Для нахождения значения источника питания воспользуемся законом Кирхгофа:

E:=Urk+Uko+Uэ 5

Рисунок 1.1

И так, напряжение на сопротивлении коллектора:

В 6

Тогда напряжение источника будет: В

Рассчитаем сопротивления делителей R1 и R2, полагая, что по ним течет ток в 10 раз больший тока базы. Делается это для того, чтобы значение напряжения смещения изменялось еле заметно в случае изменения тока базы:

А 7

Тогда согласно закону Ома

Ом 8

Ом 9

В итоге имеем следующие выходные вольтамперные характеристики:

Рисунок 1.2

2. Расчет коэффициента усиления

Рассчитаем входное сопротивление транзистора с общим эмиттером:

Ом 10

Где Iko задается в миллиамперах, от чего в формулу вносится множитель 10^3.

По переменному току делители напряжения для источника включены параллельно, поэтому:

Ом 11

В свою очередь входное сопротивление транзистора, подсчитанное по формуле 10 включено для того же переменного тока параллельно с Rekvd, поэтому

Ом 12

Коэффициент передачи может получиться выше заданного, поэтому в схеме усилительного каскада с общим эмиттером:

Рисунок 2.1

необходимо заранее предусмотреть корректирующий резистор Rкор, который будет стоять на пути следования эмиттерного тока. Также не следует забывать о сопротивлении генератора с сопротивлением Rвх каскада, которые образуют цепь делителя с коэффициентом передачи

13

И так как мы имеем две цепи со своими коэффициентами передачи, то объединив их в одну, эти коэффициенты следует перемножить:

14

Крутизна:

15

усилительный каскад биполярный транзистор

Проверим полученный коэффициент передачи:

дБ. 16

3. Определение полосы пропускания

Коэффициент передачи в простейших усилительных каскадах имеет следующий нормированный вид:

Рисунок 3.1

Определим время , которое будет необходимо для расчета разделительных емкостей, кроме емкости эмиттерной термостабилизации.

Так как по заданию полоса пропускания определяется максимальным уровнем помех в три дБ, что соответствует в корень из двух раз меньшему значению от максимального коэффициента передачи, то

18

Откуда

с

Также рассчитаем из аналогичного условия

19

Откуда

с 20

Для совпадения заданной полосы пропускания с расчетной, необходима проверка условия: , где

1) с 21

здесь fт - частота единичного усиления. У нас она 4 ГГц. Rb - сопротивление базы.

2) с 22

здесь rб - сопротивление базы, Сбк - емкость коллекторного перехода.

3) с 23

Здесь Rekv - параллельно включенные сопротивление коллектора и нагрузки по переменному току.

Проверяем…

Не соблюдается. Необходима корректировка, для чего сумма времен должна уменьшиться в М раз. К примеру, в два или около того. Число М определяется следующим образом:

24

здесь Rкор - сопротивление корректировки, вставляемое в цепь эмиттера. При Rкор=1,35 Ом наше условие соблюдается. Это сопротивление было учтено в формуле 10 заранее, так как вычисления проводились в среде MathCad циклически связанно.

Рассчитаем коррекционную емкость:

Ф 25

4. Расчет разделительных емкостей

Расчет первой и второй разделительных емкостей произведем по формуле:

26

где n-количество реактивных компонентов. В нашем случае достаточно 3.

Для емкости Ср1:

Ф 27

Для емкости Ср2:

Ф 28

Для емкости эмиттера:

Ф 29

Рисунок 4.1 Наглядная связь входных и выходных характеристик с заданным значение входного сигнала.

5. Автоматизированный расчет

В силу отсутствия в базе программы multisim транзисторов с ft>400 МГц практический анализ работы был сведен к подтверждению всего кроме полосы пропускания.

Так как транзистор pnp, то напряжение источника питания подано положительно относительно земли, и на приборах как следствие обратные знаки.

Выводы

В ходе проведения данной работы были закреплены навыки в области расчета и проектирования усилительных каскадов на биполярных транзисторах. Можно сказать следующее о влиянии элементов каскада на характер его работы:

1. Rд1 и Rд2 служат для поддержания напряжения смещения на входе.

2. Rг и Rвх создают цепь делителя, коэффициент передачи которого влияет на коэффициент передачи всей цепи.

3. Rk служит запасным при работе транзистора в режиме насыщения.

4. Rэ - термостабилизирует работу системы по постоянному току Cэ - по переменному.

5. Ср1 препятствует протеканию постоянного тока в генератор и защищает его от перегорания.

6. Ср2 предохраняет нагрузку от постоянного тока, ибо ею может служить конечный усилительный каскад. А также влияет на спад прямоугольных импульсов.

Рассчитанный коэффициент передачи совпадает с проверочным, усиление в 20 дБ достигнуто, амплитуда на выходе 2 В при напряжении на входе - 0,2В.

Размещено на Allbest.ru