Расчет параметров каскада по полезному сигналу (переменному напряжению)

Расчет усилителя на биполярном транзисторе.

Рассчитать усилительный каскад на транзисторе. Схема включения транзистора – с общим эмиттером (рис 1), тип транзистора, напряжение питания и нижняя граничная частота выбирается в соответствии с вариантом из таблицы 1. Расчет проводится графоаналитическим методом по справочным ВАХ транзистора.

В результате расчета должны быть определены параметры резисторов и конденсаторов схемы, а также по схеме замещения в h-параметрах - коэффициенты усиления, входное и выходное сопротивления по переменному току в режиме холостого хода и при подключенной нагрузке. При этом принять R_г=0.1^.R_вх, R_н=R_вх. Все номиналы резисторов и конденсаторов должны быть выбраны из стандартных рядов (Е 24).

Завершается расчет определением коэффициента усиления мощности и КПД каскада.

 

Рис.1.1 Схема усилительного каскада

на биполярном транзисторе с общим эмиттером

Расчет режима по постоянному току.

1.1. Для заданного типа транзистора перерисовать входные и выходные характеристики для схемы ОЭ, увеличив, по возможности, масштаб.

1.2. Определить предельно допустимые значения:

= 15 В, = 30 мА, = 4 В, = 150 мВт (данные из справочника – транзистор КТ363А р-n-р).

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП.140400.62.ВТВ 310703 ЭиЭ 4.00.14

1.3. Построить область безопасной работы (ОБР) на выходной ВАХ транзистора, пользуясь соотношением ,

Рис. КТ 363А

1.4. Выбрав , построить линию нагрузки на выходных ВАХ транзистора по точкам:

 

а) , (задано);

б) , , определить.

1.5. По точкам пересечения линии нагрузки с выходными ВАХ построить переходную характеристику . Определить границы линейных участков на входной и переходной ВАХ.

 

1.6.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП.140400.62.ВТВ 310703 ЭиЭ 4.00.14

Выбрать рабочую точку примерно посередине линии нагрузки на пересечении с одной из выходных ВАХ, желательно в пределах линейных участков (см. п.1.5). Определить ее параметры:

 

по входной ВАХ –

1.7. Для заданной схемы смещения определить значения резисторов схемы и затем выбрать стандартные значения из ряда Е 24 (допуск 5%).

 

, где

=62Ом

R1=2.7кОм

,

где ,чем мощнее транзистор, тем меньше n. возрастает с ростом температуры.

Расчет параметров каскада по полезному сигналу (переменному напряжению)

1. По входной и выходной ВАХ в выбранной рабочей точке рассчитать h-параметры схемы замещения транзистора.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП.140400.62.ВТВ 310703 ЭиЭ 4.00.14

, = 1.8 кОм

по входной ВАХ, единице масштаба;

 

, = 50

разности цифр на двух соседних ВАХ( и любой соседней);

 

единицы масштаба, чтобы можно было подсчитать по делениям (оно обычно очень мало).

, = 1.3 Ом

2. По схеме замещения определяем параметры при работе усилителя на холостом ходу ( отсутствует) Выведите эти формулы самостоятельно, используя схему замещения каскада по переменному сигналу с учетом схемы замещения транзистора в h-параметрах и пренебрегая малыми величинами.

;

 

2. С учетом условий , рассчитать

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП.140400.62.ВТВ 310703 ЭиЭ 4.00.14

Оценим значения емкостей конденсаторов связи и блокировочного конденсатора Сэ из соотношений

 

5. Коэффициент усиления мощности схемы

6.КПД усилителя (энергетический)

Где Ikm,Ukm- амплитудные значения тока и напряжения, определяемые по выходной ВАХ.

1.2.Моделирование усилительного каскада.

Подадим на вход каскада синусоидальный сигнал частотой 1 кГц и амплитудой 10 мВ:

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП.140400.62.ВТВ 310703 ЭиЭ 4.00.14

По амплитудам входного и выходного сигналов вычислим коэффициент усиления схемы:

Подключим на выход усилителя вольтметр. Изменяя входное напряжение, заполним таблицу:

 

 

	0,1
	7,4	72,6

 

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП.140400.62.ВТВ 310703 ЭиЭ 4.00.14

По данным получили передаточную характеристику.

Подключим плоттер Боде (графопостроитель):

Fн=56.693

Нижняя рабочая частота определяется конденсатором.

Увеличим значения емкостей входного и выходного конденсаторов в 2 раза:

Изменим параметр конденсатора, подключенный параллельно R4, на емкостью 5 мкФ:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП.140400.62.ВТВ 310703 ЭиЭ 4.00.14

 

По амплитудам входного и выходного сигналов вычислим коэффициент усиления схемы:

 

 

 

Вывод: При уменьшении конденсатора, подключенный параллельно резистору R4, уменьшается коэффициент усиления каскада, и появляется фазовый сдвиг.