
- •200400 – Промышленная электроника
- •Содержание
- •1. Цели и задачи домашнего задания
- •2. Содержание домашнего задания
- •1.1 Теоретическая часть
- •1.1.1 Назначение, принципиальная электрическая схема, принцип работы усилительного каскада
- •1.1.2 Эквивалентная схема каскада.
- •1.1.3 Основные характеристики усилителя
- •1.1.4. Основные параметры усилителя
- •1.1.4.1 Коэффициент усиления
- •1.1.4.2. Динамический диапазон
- •1.1.4.3 Линейные искажения
- •1.1.4.4 Полоса пропускания
- •1.1.4.5 Нелинейные искажения
- •1.1.4.6 Входные параметры
- •1.1.4.7 Выходные параметры усилителя
- •1.1.4.8 Внутренние помехи
- •3. Порядок выполнения домашнего задания
- •3.1 Расчетная часть
- •3.1.1 Постановка задания и его варианты
- •3.2.1 Расчет усилительного каскада по постоянному току
- •3.2.1.6 Выбор типа транзистора
- •3.2.1.7 Условия получения максимальной мощности усиливаемого сигнала
- •3.2.1.8 Напряжение источника питания
- •3.2.1.9 Режим покоя, линия нагрузки и координаты рабочей точки на характеристиках
- •3.2.1.10 Сопротивление rk и rэ
- •3.2.1.11 Сопротивления делителя и фильтра
- •Примем стандартные значения сопротивлений
- •3.2.2 Расчет усилительного каскада по переменному току
- •3.2.2.1 Вычисление h-параметров транзистора
- •3.2.2.3 Входное сопротивление усилителя (каскада)
- •3 .2.2.4 Емкость конденсатора с1
- •3.2.2.5 Емкость конденсатора с2
- •3.2.2.6 Расчет фильтра
- •4. Требования к оформлению
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •Приложение
3. Порядок выполнения домашнего задания
3.1 Расчетная часть
В работе рассматривается расчет электрических данных элементов и параметров каскада ОЭ для режима А работы усилительного элемента – биполярного транзистора.
Не зависимо от применяемого метода расчета в основу начала любого расчета положен вопрос определения точки покоя, затем вычисление электрических данных /сопротивлений резисторов, емкостей конденсаторов, напряжений, токов/, обеспечивающих этот режим и, наконец, вычисление параметров каскада.
Расчет режима покоя работы каскада сводится к расчету параметров элементов схемы по постоянному току, а расчет его параметров производится по переменному току. При расчетах отдают предпочтение графо-аналитическому методу, основанному на использовании графических построений и расчетных соотношений. Графические построения производятся с помощью входных /базовых/ и выходных /коллекторных/ ВАХ транзистора.
Исходными данными для расчета усилителя /усилительного каскада/ могут быть задаваемые техническим заданием характеристики и параметры рассчитываемого усилителя, рассмотренные в разделах 1.3 и 1.4. если техническим заданием на расчет не указываются некоторые характеристики и параметры, то они выбираются или рассчитываются, исходя из оптимальности по критериям надежности, сложности, экономичности и др.
Часто необходимыми исходными данными для расчета являются: UВЫХ.m , IН.m – амплитудные значения переменных составляющих напряжения и тока усиливаемого сигнала;
РН – мощность на нагрузке;
RН – сопротивление нагрузки.
Однако для расчета достаточно иметь лишь данные UВЫХ , RН. В этом случае расчет проводится практически без ограничений по другим параметрам.
Выбор необходимого типа транзистора производится с учетом исходных параметров на расчет усилителя по предельно-допустимым эксплуатационным данным, предъявляемым к транзистору, которые можно получить из следующих соображений:
а) для исключения возможных искажений усиливаемого сигнала параметры режима покоя должны удовлетворять следующим условиям:
UКЭП > UВЫХ.М + UКЭ , (3)
IКП > IКМ + IКБО ,
где: UКЭП , IКП – координаты точки покоя по напряжению и току на линии нагрузки;
UКЭ – напряжение на коллекторе, соответствующее области нелинейных начальных участков выходных характеристик тарнзистора;
IКБО – обратный ток коллектора при максимальной температуре.
б) максимальную мощность усиливаемого сигнала можно получить, если выбирать значения тока через коллектор и напряжение на коллекторе-эмиттере транзистора в соотношении
IK = 0,7 IK MAX , (4)
UK = 0,7 UK MAX .
в) согласно приводимым данным обратный ток коллектора имеет значения:
IКБО = 10 … 100 мкА - для германиевых транзисторов,
IКБО = 0,1 … 10 мкА - для кремниевых транзисторов.
г) на основании справочных данных по выходным характеристикам транзисторов можно для любого типа транзистора приближенно с завышенным значением принять
UКЭ 0,1 UКЭ MAX .
Учитывая вышеизложенные соображения и допущения, легко получить приближенные эксплуатационные данные, предъявляемые к транзистору:
UK MAX > 2,5 UВЫХ m,
IK MAX > 2,85 ( IK m + IКБО ) , (5)
PK MAX > 6,25 UВЫХ m ( IK m + IКБО) .
Все вновь разрабатываемые и модернизированные полупроводниковые приборы обозначают буквенно-цифровым кодом.
Первый элемент обозначения определяет исходный материал: германий – Г или 1; кремний – К или 2; соединения галия – А или 3.
Второй элемент обозначения определяет класс прибора, например, Т – транзисторы биполярные.
Третий элемент - цифра, указывающая на основное назначение и качественные свойства транзистора / частота, мощность и т.д./, отраженные в табл.1.
Таблица 1
Верхняя граничная частота |
Максимально-допустимая мощность |
||
До 0,3 Вт (малой мощности) |
0,3 … 1,5 Вт (средней мощности) |
Свыше 1,5 Вт (большой мощности) |
|
До 3 МГц (низкой частоты) |
1 |
4 |
7 |
3… 30 МГц (средней частоты) |
2 |
5 |
8 |
Свыше 30 МГц (высокой частоты) |
3 |
6 |
9 |
Четвертый и пятый элементы – двузначное число из диапазона 00 … 99, определяющее порядковый номер разработки технологического типа транзистора.
Шестой элемент – буква от А до Я (кроме З, О, Ч), определяющая деление в технологическом типе на параметрические группы.
Будем рассматривать задачу расчета усилителя с ОЭ в ниже приводимой постановке.