вариант 15

Вариант 15

Исходные данные:

- входное сопротивление каскада

- требуемое напряжение на нагрузке

- напряжение источника питания

- нижняя граница спектра частот усиливаемого сигнала

Рассчитать усилительный каскад напряжения по схеме с ОЭ графоаналитическим методом, если:

По результатам расчета выбрать по справочнику транзистор, построить графические иллюстрации работы каскада и рассчитать все элементы схемы.

Решение

1. Уточнение схемы включения

Нагрузка является внешним элементом по отношению к каскаду, поэтому она подключается к нему через разделительный конденсатор . Коллекторный резистор по схеме рис. 1 обозначен символом

Рисунок 1- Усилительный каскад с внешней нагрузкой R_Н

2. Выбор транзистора

Любой транзистор характеризуется максимально допустимым напряжением между коллектором и эмиттером и максимально допустимым током коллектора

Напряжение источника питания 12 В. Для обеспечения надежности транзистор выбирается из условия:

В режиме класса «А» ток должен превышать удвоенную амплитуду усиленного сигнала в нагрузке :

Амплитуда тока в нагрузке:

По справочнику выбираем транзистор МП42А, для которого:

,

3. Выбор рабочей точки

Строим ВАХ рис.2.

Рабочая точка характеризуется параметрами покоя: ,

Напряжение покоя для режима «А» выбирается из условия:

Ток покоя: выбираем

Нагрузочная прямая должна проходить через рабочую точку (точка O) и точку , .

По результатам построений рабочей точке соответствует входной ток покоя и напряжение покоя

U_КЭ В

I_К мА

I_Б4 =0,6 мА

I_Б3 =0,4 мА

I_Б2 =0,2 мА

I_Б1 =0 мА

O

A

В

Рисунок 2 Вольт-амперные характеристики транзистора МП42А

O

I_Б мА

U_Б B

Рисунок 3- Выходные и входные характеристики транзистора МП42

4. Расчет резисторов коллекторной цепи

Точке пересечения нагрузочной прямой с вертикальной осью на рисунке соответствует ток 14 мА, тогда полное сопротивление резисторов коллекторной цепи:

Так как то

Полученные расчетные значения требуют уточнения при выборе типа резисторов. Выберем резисторы типа МЛТ. По номинальному ряду Е24 ближайшее значение выпускаемых промышленностью резисторов 150 Ом (R_Э) и по ряду Е12 сопротивлением 700 Ом (R_К).

В наиболее тяжелых условиях по резисторам протекает ток 14 мА, поэтому мощность коллекторного резистора будет равна:

Мощность эмиттерного резистора:

По номинальному ряду мощностей выбираем резистор мощностью 0,25 Вт и резистор R_Э мощностью 0, 125 Вт.

5. Расчет резисторов цепи базового делителя

Термостабилизация каскада обеспечивается при условии:

Выбираем величину сопротивления для резистора ориентировочно 110 Ом. Выполняем уточнение его величины.

При протекании тока делителя по резистору напряжение будет равно:

Ток делителя:

Принимаем коэффициент равный 5.

Ближайшее значение по номинальному ряду Е24 составляет 1500 Ом.

В точке «О» нагрузочной прямой ток базы в точке «А» (см. рис. 2).

Амплитуда сигнала по току на базе:

При переходе от точек «О» и «А» на выходных характеристиках к входным получаем амплитуду напряжения сигнала на входе:

Тогда входное сопротивление транзистора по переменному току:

В итоге сопротивление более чем в 2 раза превышает входное сопротивление транзистора, не шунтирует входной сигнал и может быть принято равным 1,5 кОм.

На резисторе падение напряжения:

Ток, протекающий по резистору:

Сопротивление резистора:

.

По ряду Е48 ближайшее к расчетному значению сопротивление 10530 Ом.

Мощность резистора составляет:

По номинальному ряду выбираем резистор мощностью 0,125 Вт.

Мощность резистора составляет:

По номинальному ряду выбираем резистор мощностью 0,25 Вт.

Емкость разделительного конденсатора в цепи базы:

Емкость разделительного конденсатора в цепи эмиттера:

Выбираем конденсаторы К50-16. Ближайшие значения емкостей: для входного С_Б и разделительного С_Р конденсаторов 50 мкФ, а для эмиттерного 150 мкФ.

По расчетам напряжение в цепи базы не превышает 1,25 В, а в цепи эмиттерного резистора 1,05 В. На этом основании конденсаторы можно выбрать на рабочее напряжение 6,3 В. По рисунку 3 напряжение на коллекторе может достигать 10 В, поэтому, для обеспечения надежности, конденсатор С_Р выбираем из выпускаемых на напряжение 16 В.

Литература

1. Прянишников В.А. Электроника. Полный курс лекций: учебник для высших и средних учебных заведений. / В.А. Прянишников. - СПб.: КОРОНА-принт, 2006.- 416 с.

2. Рекус Г.Г. Общая электротехника и основы промышленной электроники: учеб. пособие для вузов / Г.Г. Рекус. - М.: Высшая школа, 2008. - 654 с.

8