Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Саратовский государственный технический университет

Балаковский институт техники, технологии и управления

Расчет усилителя низкой частоты

Методические указания к выполнению лабораторной работы

по дисциплине «Электроника»

для студентов специальности 220201.65

всех форм обучения

Одобрено

редакционно-издательским советом

Балаковского института техники,

технологии и управления

Балаково 2010

Цель работы: знакомство с работой усилителя низкой частоты (УНЧ) на основе биполярного транзистора, его графоаналитический расчет на основе параметров и характеристик транзистора и исходных данных усилителя, представляемых преподавателем.

 

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Биполярный транзистор можно описать линейным четырехполюсником в предположении, что на входе и выходе присутствуют достаточно малые сигналы, много меньшие напряжения источника питания. Для больших сигналов проявляются нелинейные свойства транзистора. Для описания транзистора используются системы Z- параметров, Y- параметров и H- параметров.

1 Система z- параметров

Рис.1-Биполярный транзистор в виде линейного четырёхполюсника

 Все параметры определяются в условиях холостого хода (х.х.) Независимые переменные: токи I₁ и I₂

Четырехполюсник описывается системой уравнений:

U₁=I₁ Z₁₁+I₂ Z ₁₂ (1)

U₂=I₁ Z₁₂+I₂ Z ₂₂ (2)

Все величины, входящие в систему уравнений представлены в комплексной форме. Для низких частот систему можно переписать, используя действительные составляющие комплексных величин в виде:

  U₁=I₁ r₁₁+I₂ r ₁₂ (3)

U₂=I₁ r₁₂+I₂ r ₂₂ (4)

Реализуя режим х.х. по входу, мы принимаем I₁=0, откуда следует, что

- сопротивление обратной связи (5)

- выходное сопротивление (6)

 Реализуя режим х.х. по выходу, мы принимаем I₂=0, откуда следует, что

- входное сопротивление (7)

- сопротивление прямой передачи (8)

  2 Система Y параметров

Четырехполюсник описывается системой уравнений:

  I₁=U₁ Y₁₁+U₂ Y ₁₂ (9)

I₂=U₁ Y₁₂+U₂ Y ₂₂ (10)

  Для низких частот система уравнений перепишется в виде:

  I₁=U₁ y₁₁+U₂ y₁₂ (11)

I₂=U₁ y₁₂+U₂ y₂₂ (12)

Параметры четырехполюсника можно определить реализуя режим короткого замыкания (к.з.).

Осуществим режим к.з. по входу, тогда U₁=0 и

- проводимость обратной связи (13)

- выходная проводимость (14)

Осуществим режим КЗ по выходу, тогда U₂=0 и

- входная проводимость (15)

- проводимость прямой передачи (16)

3 Система H параметров

Четырехполюсник описывается системой уравнений:

  U₁=I₁H₁₁+U₂H ₁₂ (17)

I₂=I₁H₁₂+U₂H ₂₂ (18)

  Для низких частот система уравнений перепишется в виде:

  U₁=I₁ h₁₁+U₂ h₁₂ (19)

I₂=I₁ h₁₂+U₂ h₂₂ (20)

  Система h-параметров – смешанная система, где определение параметров необходимо проводить, осуществляя режимы х.х. на входе и к.з. на выходе.

Реализуем режим х.х. на входе, тогда I₁=0 и

- коэффициент обратной связи (21)

- выходная проводимость (22)

Осуществим режим КЗ по выходу, тогда U₂=0 и

- входное сопротивление (23)

- коэффициент усиления по току (24)

Система h - параметров является наиболее употребляемой, так как дает основную информацию о параметрах транзистора.

Параметры и характеристики транзистора.

К основным параметрам транзистора относятся h₁₁, h_12, h_21, h₂₂ – параметры. Следует отметить, что их значения зависят от способа включения транзистора. Различают три способа включения транзистора в электрическую цепь: с общей базой (ОБ), с общим эмиттером (ОЭ), с общим коллектором (ОК), представленные на рисунке 2.

 

 а) б) в)

Рис.2-Способы включения транзистора: а) схема с ОБ; б)

  В таблице 1 приведены средние значения основных параметров усилителя на основе транзистора.

Таблица № 1- Параметры усилители на основе транзистора

Схема включения	KI	Ku	Kp	Rвх	Rвых	f, МГц
ОБ	0,99	150	140	60	600 К	100
ОЭ	100	260	2400	600	70 К	10
ОК	14	~ 1	14	150 К	150	-

 

К характеристикам транзистора относятся:

• входные характеристики;

• характеристики обратной связи;

• характеристики прямой передачи;

• выходные характеристики.

Входные характеристики:

(25)

На основе данных характеристик можно определить

(26)

При расчете УНЧ входное сопротивление h₁₁ определяется в области расположения точки С на семействе входных характеристик.

Выходные характеристики:

(27)

На основе данных характеристик можно определить:

(28)

Выходная проводимость h₂₂ определяется в районе расположения точки С.

Характеристики прямой передачи:

(29)

На основе данных характеристик определяется:

(30)