МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ – УНПК

Факультет «УНИИИТ»

Кафедра «ЭВТИБ»

Пояснительная записка

к расчётно-графической работе по

разделу «Основы электроники» дисциплины

«Общая электротехника и электроника»

Тема РГР: «Расчет параметров и режимов работы транзисторных каскадов усилителя низкой частоты»

Работу выполнил Цветков Д.К. шифр 210201 группа 31-Р

специальность Проектирование и технология радиоэлектронных средств

Руководитель Рабочий А.А.

Орёл, 2011

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ – УНПК

Кафедра «ЭВТИБ»

Задание на РГР

Студент Цветков Д.К. шифр 210201 группа 31 - Р

1. Тема: «Расчёт параметров и режимов работы транзисторных каскадов усилителя низкой частоты»

2. Срок сдачи РГР

3. Исходные данные для расчёта:

В задаче № 1:

• тип структуры транзистора p-n-p;

• напряжение источника питания Е_п=18 В;

• амплитуда тока нагрузки I_нм=15 мА;

• сопротивление нагрузки R_н =590 Ом;

• максимальное напряжение нагрузки U_нм=9 В;

• нижняя частота входного сигнала F_н= 20 Гц;

• коэффициент частоты искажений М_н=1,2;

• диапазон рабочих температур + (2527)°С;

В задаче № 2:

параметры элементов схемы и транзистора R₁= 560 кОм, R₂=39 кОм, R_с=3,9 кОм, R_и=1,1 кОм, R_н=6,8 кОм, R_г=9,1 кОм, g₁₁=0,15∙10^-6 (1/Ом), g₁₂=0,1∙10^-6 (1/Ом), g₂₁=5,1∙10^-3 (1/Ом)_, g₂₂=28∙10^-6 (1/Ом).

1. Содержание пояснительной записки - в соответствии с методическими указаниями к РГР.

Руководитель РГР Рабочий А.А.

Задание принял к исполнению «___» ___________2011г.

подпись студента ___________

СОДЕРЖАНИЕ

РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ………………………………………..4

1. РАСЧЁТ ПАРАМЕТРОВ УСИЛИТЕЛЯ НИЗКОЙ ЧАСТОТЫ НА БИПОЛЯРНОМ ТРАНЗИСТОРЕ……………….……………………………....4

1.1. Схема транзисторного усилителя низкой частоты….…..............................4

1.2. Выбор биполярного транзистора………………………………….…...…..5

1.3. Выбор положения рабочей точки………………………………....……….8

1.4. Расчет параметров элементов схемы…………...……………………........10

1.5. Расчет параметров усилительного каскада на биполярном транзисторе……………………………………………………….………………11

2. АНАЛИТИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ ПАРАМЕТРОВ УСИЛИТЕЛЬНОГО КАСКАДА НА ПОЛЕВОМ ТРАНЗИСТОРЕ……………… ….……………12

Список литературы…………………………………..……………………………15

Расчетно-графическая часть

1. Расчёт параметров усилителя низкой частоты на биполярном транзисторе

1.1 Схема транзисторного усилителя низкой частоты

Упрощенная схема каскада, выполненного на биполярном транзисторе типа р-n-р, включенного по схеме ОЭ, приведена на рисунке 1. На схеме обо­значены: R₁, R₂ - резисторы входного делителя, обеспечивающего нужное смещение на базе транзистора, R_к, R_э - соответственно коллекторный и эмиттерный ограничивающие резисторы, R_н - сопротивление нагрузки. R_г - внутрен­нее сопротивление источника сигнала (генератора). С_вх, С_р - разделительные конденсаторы. Резистор R_э и конденсатор С_э образуют цепь отрицательной об­ратной связи по току эмиттера. Полагаем, что на вход (на базу транзистора) относительно общей точки подаётся синусоидальный входной сигнал с такой амплитудой, чтобы каскад работал в квазилинейном режиме и на нагрузке вы­делялся усиленный синусоидальный сигнал. Это обеспечивается соответст­вующим выбором положения рабочей точки на характеристиках транзистора.

Рисунок 1 - Схема каскада усилителя низкой частоты на биполярном транзисторе.

1.2 Выбор биполярного транзистора

а) Допустимое напряжение между коллектором и эмиттером выбирается на (10-30)% больше напряжения источника питания

;

.

где U_кэ.доп - допустимое напряжение по условиям пробоя р-n-перехода.

б) Максимальный (допустимый) ток коллектора должен быть в (1,52) раза больше тока нагрузки

I_к.доп. 2·I_нм

где мА - амплитуда тока нагрузки;

I_к.доп. - допустимое (по условиям нагрева) значение тока коллектора.

I_к.доп. 2 · 15 = 30 мА.

Вышеперечисленным требованиям удовлетворяет транзистор МП26. Он имеет следующие параметры:

U_кэм = 70В, I_км=150мА, P_км=0,20Вт, β = 10 ÷ 25 (В расчётах β=16).

Входные характеристики изображены на рисунке 2, выходные – на рисунке 3.

Рисунок 2 – Входная характеристика транзистора МП26.

Рисунок 3 – Выходная характеристика транзистора МП26.

1.3 Выбор положения рабочей точки

Расчет параметров графоаналитическим способом основан на использо­вании нелинейных статических характеристик. В первую очередь на семействе выходных характеристик изобразим кривую ограничения режима ра­боты транзистора по мощности Р_кm. Она строится согласно уравнению Р_кm= U_кэI_к. Задаваясь значениями U_кэ, находим I_к по заданному (паспортному) значе­нию Р_к.

Таблица 1

Uкэ, В	2	4	6	8	10	12	14	16	18
Iк,мА	100	50	33,3	25	20	16,6	14,2	12,5	11,1

Далее на семействе выходных характеристик (рисунок 3) проводим нагрузочную линию, используя уравнение для коллекторной цепи

Полагая U_кэ = 0 В, получим

где R_общ = R_к + R_э - суммарное сопротивление в выходной цепи транзистора.

Полагая I_к = 0, имеем U_кэ = E_п=18 В.

Так как R_общ пока неизвестно, используем две точки (рисунок 3) : точку А с координатой (18, 0) и выбранную по некоторым соображениям точку Р.

Точке Р соответствует значение тока

I_кр ≥ 1,1·I_нм ≥ 1,1·15 ≥ 16 мА,

и значение напряжения

U _кэр ≥ (U_вых.+U_ост)=9+1=10 В,

где I_кр - постоянная составляющая тока коллектора;

I_им - амплитуда переменной составляющей тока коллектора (тока на­грузки);

U_кэр - постоянная составляющая напряжения коллектор-эмиттер.

U_ост - для маломощных транзисторов принимается ориентировочно равным 1В.

Определив координаты точки Р проводим на семействах выходных характеристик нагрузочную прямую APD (рисунок 3) и определяем значение тока базы I_бр, соответствующее выбранному значению тока коллектора I_кр:

По значению тока базы I_бр определяем положе­ние точки P₁ на входной характеристике (рисунок 2).

Определяем значения токов I_км и I_к.min :

I_км = I_кр+ I_нм = 16+15 = 31 мА,

I_к.min = I_кр - I_им = 16 – 15 = 1 мА,

где I_нм - амплитуда переменной (синусоидальной) составляющей тока нагрузки.

Откладывая по оси токов значения I_км, I_к.min находим на нагрузочной ли­нии точки В и С, которым соответствуют значения токов базы I_бм = 1,9 мА, I_б.min = 0,1 мА и зна­чения напряжений U_кэм = 17,6 В, U_кэ.min = 2,5 В.

Участок B₁P₁C₁ располагается на участке входной характеристики, имеющем значительную кривизну. Уточним положение точки Р₁, сместив её на более линейный участок. Новое значение I_бр = 1,25 мА. Определяем новое положение точки Р и соответствующие этому положению значение токов и напряжений. I_кр = 20 мА, I_км = 35 мА, I_к.min = 5 мА. U_кэр = 8 В, U_кэм = 15,5 В, U_кэ.min = 0,5 В.

Амплитуду синусоидальной составляющей на­пряжения коллектор-эмиттер находим из соотношения: