Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Государственный университет – учебно-научно-производственный комплекс

УНИИИТ

Кафедра «ЭВТИБ»

Пояснительная записка

к расчётно-графической работе

по дисциплине «Общая электротехника и электроника»

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

Работу выполнил Бухтояров В.А. шифр 210202 группа 31В

специальность проектирование и технология ЭВС

Руководитель Рабочий А.А.

Орёл, 2012 г.

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Государственный университет – учебно-научно-производственный комплекс

Кафедра «ЭВТИБ»

Задание на РГР

Студент Бухтояров В.А. шифр 210202 группа 31В

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 = 12 В;

• амплитуда тока нагрузки I_нм = 8 мА;

• сопротивление нагрузки R_н = 600 Ом;

• максимальное напряжение нагрузки U_н.м. = 5 В;

• нижняя частота входного сигнала f_н = 1 кГц;

• коэффициент частоты искажений М_н = 1.2;

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

В задаче № 2:

параметры элементов схемы и транзистора

R₁ = 620 кОм

R₂ = 60 кОм

R_с = 3.3 кОм

R_и = 1.8 кОм

R_н = 10 кОм

R_г = 10 кОм

g₁₁ = 0.2∙10^-6 (1/Ом)

g₁₂ = 0.1∙10^-6 (1/Ом)

g₂₁ = 3∙10^-3 (1/Ом)

g₂₂ = 40∙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 _____________

СОДЕРЖАНИЕ

1. Расчет параметров усилителя низкой частоты на биполярном транзисторе 5

1.1 Схема транзисторного усилителя низкой частоты 5

1.2 Выбор биполярного транзистора 6

1.3 Выбор положения рабочей точки 12

1.4 Расчет параметров элементов схемы 15

1.5 Расчет параметров усилительного каскада на биполярном транзисторе 17

2. Аналитический расчет параметров усилительного каскада на полевом транзисторе 18

Список литературы 20

РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1. Расчет параметров усилителя низкой частоты на биполярном транзисторе

1.1 Схема транзисторного усилителя низкой частоты

Упрощенная схема каскада, выполненного на биполярном транзисторе типа p-n-p, включенного по схеме ОЭ, приведена на рисунке. 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.

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.

Вышеперечисленным требованиям удовлетворяет транзистор КТ208А. Он имеет следующие параметры:

U_кэм = 20 В

I_км = 300 мА

P_км = 0.2 Вт

h_21Э = 20…60 (в расчётах h_21Э = 40)

f_н = 1 кГц

Его входные и выходные характеристики:

Рисунок - входные и выходные характеристики транзистора КТ208А

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_км. Она строится согласно уравнению:

Р_км = U_кэI_к.

Задаваясь значениями U_кэ, находим I_к по заданному значе­нию Р_к.

Таблица 1

Uкэ, В	2	6	10	14	18
Iк, мА	100	33	20	14	10

Далее на семействе выходных характеристик 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 = 12 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_нм 9.6 мА

и значение напряжения

U_кэр U_вых.+ U_ост = 5 + 1 = 6 В

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 = 0.24 мА

По значению тока базы I_бр определяем положе­ние точки P₁ на входной характеристике.

Определяем значения токов I_км и I_к.мин :

I_км = I_кр + I_нм = 9.6 + 8 = 17.6 мА,

I_к.мин =I_кр – I_нм = 9.6 – 8 = 1.6 мА,

I_нм - амплитуда переменной (синусоидальной) составляющей тока нагрузки.

Откладывая по оси токов значения I_км, I_к.мин , находим на нагрузочной линии точки В и С, которым соответствуют значения токов базы

I_бм = 0.44 мА

I_б.мин = 0.04 мА

и зна­чения напряжений

U_кэм = 11.2 В,

U_кэ.мин = 1.5 В.

Амплитуду синусоидальной составляющей на­пряжения коллектор-эмиттер находим из соотношения: