Анализ схемы усилителя.

В курсовой работе расчитывается RC-усилитель с эмиттерной стабилизацией по току . Основой каскада усиления является транзистор p-n-p типа ГТ308В, включаемый с общим эмиттером (ОЭ). Источник входного сигнала представлен эквивалентным генератором э.д.с. (Ег, Rг).

Индексом “=” обозначены постоянные составляющие токов транзистора и напряжение на электродах в рабочей точке.

R1, R2 – делитель напряжения, создающий смещение на базе транзистора.

Rк – устанавливает ток коллектора.

Rэ – стабилизация по току.

Rн - нагрузка.

C1,C2-конденсаторы,служащие для отделения постоянных составляющих напряжений.

Cэ-шунтирует резистор Rэ, устраняет отрицательную обратную связь по переменному току.

Сн-паразитная ёмкость между проводами.

VT-транзистор ГТ308В-германиевый импульсный сплавно-диффузиозный p-n-p типа, усилительный, высокочастотный.

Электрический расчёт схемы

1. Входное сопротивление усилителя.

Так как входная емкость сравнительно мала (порядка долей пФ).

Входное сопротивление можно считать чисто активным.

R_вх=U_вх/I_вх

Параллельно входному сопротивлению подключается цепь смещения R1|| R2=R_Б тогда R_ВХ.ОБЩ. = R_ВХ || R_Б  R_Б.

2. Выходное сопротивление усилителя и сопротивление коллектора.

Выходное сопротивление также можно считать чисто активным.

R_вых=U_вых/I_вых

R_ВХ.ОБЩ. = R_ВЫХ || R_К = (R_ВЫХ  R_K)/( R_ВЫХ + R_К), т.к. R_ВЫХ Rк.

Следовательно, нагрузочные характеристики по постоянному и переменному току не совпадают.

3. Графоаналитический расчёт.

1. Берем семейство входных и выходных характеристик транзистора, включенного с ОЭ. Ограничиваем рабочую область на выходных характеристиках (штриховые линии P_МАКС,U_{КЭ МИН},U_{КЭ МАКС}).

2. На семействе выходных харакеристик в рабочей области строим нагрузочную характеристику, которая описывается выражением

.

Она пересекает координатную систему в точке U_КЭ=E_К при I_K=0 и в точке E_K/R_K при U_K=0. Точками 1-7 обозначаем пересечение нагрузочной характеристики с выходными характеристиками.

3. Переносим нагрузочную характеристику в семейство входных характеристик (точки 1^’-7^’).

4. На входной характеристике выбираем линейный участок (точки 2^’-4^’). Рабочую точку (А^’) выбираем посередине линейного участка и переносим ее в семейство выходных характеристик (А).

Так как сопротивление нагрузки соизмеримо с сопротивлением коллектора, нагрузочные характеристики по постоянному и переменному току не совпадают, следовательно, графоаналитический расчёт необходимо делать на основании нагрузочной характеристики по переменному току.

R_ = R_к ||R_н

I_к= Е_к / R_

Через точку (0, I_к) и точку А проведём нагрузочную характеристику по переменному току.

5. На диаграммах находим постоянные составляющие токов (I_Б=, I_К=) и напряжений (U_БЭ=, U_КЭ=).

6. На диаграммах определяем амплитулы напряжений (U_БЭm, U_КЭm) и токов (I_Бm, I_Кm).

7. Определяем коэффициенты усиления

; ; .

P_вых (I_Кm  U_КЭm)/2 ; P_вх (I_Бm  U_БЭm)/2

8. Найдем КПД усилителя:

=(I_Кm  U_КЭm/2)/(I_К=  U_КЭ=)100%

Выберем коэффициент передачи тока при короткозамкнутом выходе в схеме с общим эмиттером

h_21э=(80…150)

h_21э= =I_к/I_б= (21,6*0,001)/(0,125*0,001) = 146,3

I_Б= = 0,17510^-3A U_БЭ= = 0,38 B K_I =146,3 Вт R_К = 161 Ом

I_К= = 25,610^-3A U_КЭ= = 4,7 B K_U=21,42 Вт h_21э=146,3

I_Бm = 0,12510^-3 A U_БЭm = 0,14 B K_Р=3702,9 Вт

I_Кm = 21,610^-3 A U_КЭm = 3 B =26,93%

Рассчитаем номиналы элементов по следующим формулам:

S_доп=2.

R_э = 105 Ом

Выберем по ГОСТу: R₁ = 100 Ом.

R_б = 106 Ом

R₂ = 162 Ом

Выберем по ГОСТу: R₂ = 160 Ом

R₁ = 308,3 Ом

Выберем по ГОСТу: R₁ = 300 Ом.

I_д = 19 мА

4. Расчёт мощности на резисторах.

Выберем резисторы с учётом потребляемой ими мощности:

В общем случае имеем Р_доп =I² R

P_R1 = (I_Д+I_Б)²R₁ = 0,1132 Вт, учитывая 25% запас по мощности выбираем по ГОСТу резистор МЛТ-0,25-300Ом  10%.

P_R2 = I_Д²R₂ = 0,058 Вт, учитывая 25% запас по мощности выбираем по ГОСТу резистор МЛТ-0,25-160Ом  10%.

P_Rэ = (I_Э +I_Б)²R_Э = 0,069 Вт, учитывая 25% запас по мощности выбираем по ГОСТу резистор МЛТ-0,25-100Ом  10%.

P_Rк = I_К²R_К = 0,106 Вт, учитывая 25% запас по мощности выбираем по ГОСТу резистор МЛТ-0,25-160Ом  10%.

5. Коэффициент температурной нестабильности.

Коэффициент температурной нестабильности выражается

следующей формулой:

S=3,86

6. Расчёт емкостей конденсаторов.

Исходя из худшего случая возникновения отрицательной обратной связи по переменному току (по условию f_н.гр.= 30 Гц,следовательно, _н.гр.=2 f_н.гр. =188,5 с^-1), найдём:

X₁ << R_K +R_Б т. е. С₁  10/(_н.гр.  (R_K + R_Б))  201,6 мкФ

X₂ << R_Н т. е. С₂  10/(_н.гр. R_Н) 53 мкФ

X_Э << R_Э т. е. С_Э  10/(_н.гр. R_Э) 506,2 мкФ

Выберем конденсатор С₁ по ГОСТу:

С₁  200 мкФ; К53 – 16А – 10В 200мкФ±20%

Выберем конденсатор С₂ по ГОСТу:

С₂  51 мкФ; К53 – 16А – 10В 51мкФ20%

Выберем конденсатор С_э по ГОСТу:

С_Э  510 мкФ; К50 – 16 – 10В 510мкФ(-20  +80)%

7. Расчёт АЧХ и ФЧХ.

А налитически АЧХ описывается выражением:

Для удобства сравнения АЧХ при различных номиналах элементов усилителя её представляют в нормированном виде:

где _ = 0,2 / f_ - постоянная транзистора,

 - коэффициент передачи по току базы в схеме с ОЭ,

f_ - предельная частота усиления в схеме с ОБ,

_ = С₂ (R_К +R_Н).

Подставим значения:

Диаграмма АЧХ приведена в Приложении (рис.1).

ФЧХ аналитически описывается выражением:

Подставив значения, получим:

Диаграмма ФЧХ приведена в Приложении (рис.2).

П риложение

Рис.1.АЧХ

Приложение

Рис.2.ФЧХ