Министерство образования Российской Федерации

Орловский государственный технический университет

Факультет «Электроники и Приборостроения»

Кафедра «ПТЭиВС»

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 Беляева Е.А.

шифр 210700 группа 21-ИК

специальность Инфокоммуникационные технологии и системы связи

Руководитель Рабочий А.А.

Орёл, 2012

Министерство образования Российской Федерации

Орловский государственный технический университет

Кафедра ПТЭиВС

Задание на РГР

Студентка Беляева Е.А. шифр 210700 группа 21-ИК

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= 9 В;

• амплитуда тока нагрузки I_нм=7,5 мА;

• сопротивление нагрузки R_н = 250 Ом;

• максимальное напряжение нагрузки U_н.м.=5 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= 480 кОм, R₂= 39 кОм, R_с= 5,1 кОм, R_и=1,0 кОм, R_н=10 кОм, R_г=10 кОм, g₁₁=0,2∙10^-6 (1/Ом), g₁₂=0,1∙10^-6 (1/Ом), g₂₁= 5,1∙10^-3 (1/Ом)_, g₂₂=30∙10^-6 (1/Ом).

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

Руководитель РГР Рабочий А.А.

Задание принял к исполнению ______________ 2012г.

подпись студента

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. В простей­шем случае резисторы R₂ и R_э могут отсутствовать (R₂= ∞, R_э=0), 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

В исходных данных указаны ток и мощность нагрузки, по которым сле­дует определить конкретный тип и марку транзистора из следующих сообра­жений:

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. 2I_нм

где мА - амплитуда тока нагрузки;

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

В общем случае нужно учитывать значение температуры окружающей среды, в зависимости от которой значение допустимого тока изменяется. В данном расчете предполагается «нормальная» температура окружающей среды + (2527)°С.

Так как усилительный каскад работает в области низких частот (диапозон изменения 2020∙10³ Гц), транзисторы выбираются из каталога для низкочастотных (среднечастотных) транзисторов.

Вышеперечисленным требованиям удовлетворяет транзистор КТ104Б. Он имеет следующие параметры:

Uкэм = 15В, Iкм=80мА, Pкм=150mВт

Его входные и выходные характеристики изображены на рисунке 2 и рисунке 3.

Рисунок 2 – Определение положения рабочей точки на входной характеристике биполярного транзистора

Рисунок 3 - Определение положения рабочей точки на выходных характеристика биполярного транзистора

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_кт. 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	15	10	7,5	6	5	3
Iк,мА	10	15	20	25	30	50

Таблица 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=11,7 В.

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

Положение точки Р нужно выбрать из следующих соображений:

а) точке Р соответствует значение тока I_кр 1,2I_им 24мА и значение напряжения U _кэр (U_вых.+U_ост)=5+1=6 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 маломощных транзисторов принимается ориентировочно равным 1В.

б) точка Р должка располагаться в области значений токов и напряже­ний, не попадающих в верхнюю область, ограниченную кривой Р_км (рису­нок 3).

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: I_бр =0,6 мА. 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_им=20+24=44 мА,

I_к.min =I_кр -I_им=24-20=4 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=1,6 мА, I_б.min=0,13 мА и зна­чения напряжений U_кэм=10,8 В, U_кэ.min= 1 В. Амплитуду синусоидальной составляющей на­пряжения коллектор-эмиттер находим из соотношения: