Усилитель на биполярном транзисторе

                            

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для получения оптимальной схемы  усилителя предпочтительно иметь:

А) минимальное значение питающего  напряжения;

Б) как можно меньший ток коллектора для максимально возможного усиления;

В) небольшую мощность рассеивания  коллектора для увеличения КПД;

Г) максимально возможное КПД усилителя.

Анализ показывает, что в случае Rк =3*Rн получаем сравнительно небольшое напряжение питания, небольшую величину рассеиваемой на коллекторе мощности, приемлемое значение тока коллектора. КПД при этом значении Rк не намного больше максимального.

Следовательно Rк=3*Rн в [Ом].

 

 

 

 

Выбираем из ряда Е24 Rk=(2400(+-)5%) Ом

Теперь можно найти Rэ из соотношения данного на лекциях в Омах [Ом]:

 

 

 

Выбираем из ряда Е24 Rэ=(240(+-)5%) Ом.

 

Зная Rk и Rн найдем сопротивление нагрузки по переменной составляющей:

 

 

 

 

Зная сопротивление нагрузки по переменной составляющей, найдем максимальный ток коллектора в Амперах [А]:

 

 

 

 

 

Теперь можно выбрать транзистор из справочника. Требования к параметрам транзистора:

I_кдоп>I_кmax=0.024 А

P_кдоп> P_кmax=0.083 Вт

U_кэдоп>E_кmin=35.355 В

Выберем маломощный высокочастотный транзистор КТ361В, см. [1)].

Характеристика КТ361В:

Кремниевый планарно-эпитаксиальный p-n-p транзистор ,предназначенный для работы в вычислительных и других быстродействующих импульсных схемах, а также для усиления и генерирования колебаний высокой частоты.

Может работать в паре с КТ315А-КТ315И.

Корпус пластмассовый герметичный, с гибкими выводами.

Масса не более 0,3 г.

Максимально допустимые параметры:

 

Максимальный  обратный ток коллектора Iк0 при Т=+100⁰С                                        25 мкА

Максимальное  напряжение насыщения U_{КЭнасmax}      0,4 В

Статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ                                 40min – 160max

Типовое значение коэффициента передачи тока в схеме с ОЭ 60

Емкость коллекторного перехода Ск(э)                                                                               7 пФ

Постоянный ток коллектора                                                                                                 50 мА

Постоянное напряжение коллектор-эмиттер                                                                          40В

Постоянная рассеиваемая мощность                                                                               150 мВт

Температура окружающей среды                                                                           –60 …+100°С

Примечание: при повышении температуры более +35 Рк_max=(120-Тс)/Rт, где Rт=0.4^оС/Вт

Возьмем типовое значение β=60

 

 

Выберем рабочую точку  транзистора[5]:

 

Выбор Iok:

 

 

 

 

Т.к рабочая температура выше температуры нормальных условий, то возьмем максимальный тепловой ток коллектора I_Коmax 1 мкА, см. характеристики транзистора.

Тогда в Амперах [А]:

Выбор Uокэ:

 

 

Тогда в [В]:    

 

Выбор Ек:

 

По второму  закону Кирхгофа E_К=U_оRк + U_оКЭ + U_оRэ, т.к. токи Ik и Iэ примерно равны, то можно принять I_К=I_Э, тогда Ек в [В]:

 

 

 

Выбираем  из ряда напряжений Е_К=40 В(список литературы [4)]).

Найду ток  покоя базы в [А]:

 

 

 

 

 

Выберем:

Uoкэ=10В и Iok=24мА (см. приложение )

 

Теперь можно найти максимальный переменный ток коллектора в[А]:

 

 

 

 

Расчет резистивного делителя:

Ток делителя будет равен I_Д= (2...10)*I_оБ, значение в скобках возьмем равным 6.

Получается в [A] :

 

 

 

Теперь можно рассчитать первое сопротивление делителя:

 

 

 

 

 

Выбрал из ряда Е24 в [Ом](+-)5%:

 

 

Далее рассчитаем второе сопротивление  делителя в [Ом]:

 

 

 

Выберем из ряда Е24(+-)5% :

 

 

Рассчитаем мощность выделяющуюся на сопротивлениях R_Б1, R_Б2, R_Э, R_К                 в [Вт]:

 

 

 

 

 

 

Входное сопротивление транзистора  найдем по входной характеристике, зная его, можно найти входное сопротивление всего каскада (см. приложение) в [Ом]:

r_вх= = 400 Ом= rvx=

 

 

 

 

 

Найдем r_кэ по выходной характеристике(см. приложение) в [Ом]:

 

 

Теперь имеются все данные для  расчета сквозного коэффициента передачи каскада:

 

= 25.341

Погрешность между рассчитанным и  заданным коэффициентами передачи напряжения в[ %]:

 

 

Где K_uScvoz- пересчитанный коэффициент передачи и K_uscvoz- заданный коэффициент передачи.

Уложились в 10%.

 

Расчет конденсаторов:

Производится по следующим соотношениям, см. список литературы [5]:                   

Первый разделительный конденсатор:

Эмиттерный конденсатор:

Второй разделительный конденсатор:

 

 

Где:

          ^{Rвых=Rk//rk(э)}  

r’_вх=r_вх+( +1)r_э

R’_вх=Rб//r’_вх

ω_н- нижняя частота

Мнi- коэффициент частотных искажений

Будем полагать, что частотные искажения  распределены между конденсаторами поровну.

Тогда можем записать:

А нижняя частота в [рад/с]:

 

 

Расчетные значения емкостей в [Ф]:

 

 

 

 

Суммарная ёмкость получилась большой, это значит, что нужно перераспределить коэффициенты частотных искажений  на каждую ветвь с конденсатором в [Ф]:

 

 

 

 

 

 

 

 

Суммарная ёмкость уменьшилась.

Выберем алюминиевые оксидно-электролитические конденсаторы из справочника [2]  и пересчитаем коэффициент частотных искажений на нижней частоте в[Ф] :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Коэффициент частотных искажений  уменьшился, значит входим в условия  технического задания.

 

Проверка транзистора на верхних  частотах , см. список литературы [5)]:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Где:

Верхняя частота в [рад/с]:

Коэффициент частотных искажений  на верхней частоте, равный Mv2:

 

Транзистор полностью удовлетворяет  всем условиям технического задания. Так как: 50 нФ и 5 кГц.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Графическая часть  работы:

a)Чертежи используемые для графоаналитического расчета [1]:

Статические выходные и входные ВАХ транзистора:

Нагрузочная прямая по постоянному току: Ek=Ukэ+Ik*Rk+Iэ*Rэ

Для построения возьмем две точки: (Ukэ=Ek; Ik=0) и (Ukэ=0; Ik=E/(Rk+Rэ))

Нагрузочная прямая по переменному  току: ∆u_кэ=Uokэ-∆i_k*Rн~

Для построения возьмем две точки: (Uokэ; Iok) и (Ukэ=0: Ik=Uok/Rн~+Iok)

 

 

 

 

б) Сфазированные диаграммы токов и напряжений в характерных точках схемы:

 

 

 

 

 

 

в)Принципиальная схема:

г) Спецификация элементов:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Вывод:

По выданному техническому заданию  был спроектирован RC-усилитель на биполярном высокочастотном транзисторе КТ361В. Работает усилитель в небольшом диапазоне частот. Массогабаритные параметры небольшие, учитывая параметры и размеры элементов. Так как Ku=25 по техническому заданию, то схема включения с общим эмиттером подошла идеально. КПД усилителя в районе 8%, вызвано это тем, что работает он в классе А (для малых нелинейных искажений, в соответствие с ТЗ) и из-за большой ёмкости эмиттерной ветви конденсаторов С2,С3 и С4.

Техническое задание выполнено  по алгоритму, изложенному в курсе  лекций по ЭЦ и МСТ.

По всем параметрам усилитель имеет  хороший запас.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7.Список используемой  литературы:

1. Транзисторы для аппаратуры широкого применения: Справочник / К.М. Брежнева, Е.И. Гантман, Т.И. Давыдова и др.; Под ред. Б.Л. Перельмана. – М.: Радио и связь, 1981. – 656 с., ил.
2. Конденсаторы: Справочник. – М.: Радио и связь, 1984. – 88 с.; ил.

 

3.  Резисторы: Справочник / В.В. Дубровский, Д.М. Иванов, Н.Я. Пратусевич и др.; Под общ. ред. И.И. Четверткова и В.М. Терехова. – М.: Радио и связь, 1987. – 352 с.; ил.

 

4. Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры: Справочник/Г.С.Найвельт-576стр.

 

5. Лекции по курсу ЭЦ и МСТ.