Расчётная часть. Задание:

1. Рассчитать инверсный каскад с разделённой нагрузкой, работающий

на двухтактный каскад мощного усиления.

Параметры усилителя:

Тип транзистора, используемого в инверсном каскаде: КТ3102В

Диапазон частот усиливаемого сигнала: f_Н = 20 Гц,

f_В = 7500 Гц.

Коэффициент искажений на нижней

граничной частоте: М_Н ≤ 1,15.

Напряжение питания каскада: Е_К =12 В.

Выходное сопротивление источника сигнала: R_ИСТ. = 25 кОм.

Параметры каскада мощного усиления:

- амплитуда сигнала на входе U_ВХ.СЛ.~ = 40 мВ.

- входной ток I_ВХ.СЛ.~ = 20 мкА.

- входное сопротивление каскада

по переменному току R_ВХ~ _СЛ. = 45 Ом.

- сопротивления резисторов делителей: R_{1 СЛ.} = 1800 Ом,

R_{2 СЛ.}= 200 Ом.

2 . Начертить принципиальную электрическую схему усилителя.

3. Расчёты проиллюстрировать графическими построениями, аккурат-

но выполненными на масштабно-координатной бумаге.

4. Величины резисторов и конденсаторов выбирать согласно ГОСТу.

Расчёт:

1. По справочнику находим основные параметры транзистора КТ3102В:

• Максимально допустимый постоянный

ток коллектора I_{К max} = 100 мА.

• Максимально допустимое постоянное

напряжение коллектор - эмиттер U_{КЭ max} = 30 В.

• Коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ h_21Э = 200 ÷500.

2. Задаёмся величинами падения напряжения на резисторах R_К и R_Э

по 0,3Е_К и найдём ориентировочное значение нагрузки R_{К ОР.}:

0,3Е_К

R_{К ОР.} = ────,

I_К0

где ток покоя коллектора (I_К0) рекомендуется выбирать из условия:

I_К0 = (1,3 ÷ 1,5)·I_ВХ.СЛ.~

0,3·Е_К 0,3·12

Отсюда R_{К ОР.} = ─────── = ────── = 12·10⁴ Ом.

1,5·I_ВХ.СЛ.~ 1,5·20·10 ^-6

3. Определяем необходимую величину переменной составляющей

коллекторного тока I_К~ инверсного каскада:

U_ВХ.СЛ.~ U_ВХ.СЛ.~ U_ВХ.СЛ.~

I_К~ = I_ВХ.СЛ.~ + (──────) + (──────) + (──────) =

R_{1 СЛ.} R_{2 СЛ.} R_{К ОР.}

0, 04 0,04 0, 04

= 20·10 ^-6+ (────) + (────) + (────) = 242,553·10 ^-6 А = 242,553 мкА

1800 200 12·10⁴

Полученное значение I_К~ мало, поэтому увеличиваем его до нормального

значения тока покоя транзистора. Выбираем его равным 8 мА.

4. Определяем минимальный ток покоя коллектора инверсного каскада

из выражения:

I_К0 = (1,05 ÷ 1,2)·I_К~ =1,05·8·10^-3 = 8,4 ·10^-3 А=8,4 мА.

5. Определяем значение резисторов R_К и R_Э:

0,3·Е_К 0,3·12

R_К = R_Э = ──── = ──── = 428,57 Ом.

I_К0 8,4·10 ^-3

Выбираем по ГОСТу R_К = R_Э = 680 Ом.

6. По статическим характеристикам транзистора КТ3102В находим

значение напряжения между коллектором и эмиттером транзистора в

режиме покоя:

U_К0 = 6,3 В,

что вполне допустимо, т.к. U_{КЭ max} = 30 В.

7. По статическим характеристикам транзистора КТ3102В находим

значение напряжение базы в точке покоя при U_К0 = 6,3 В и I_К0 = 8,4 мА:

U_Б0 ≈ 0,77 В.

8. По статическим входным ВАХ определяем графическим способом

входное сопротивление транзистора R_{ВХ. ОЭ}:

R_{ВХ. ОЭ} = h_11Э ≈ 750 Ом.

9. Определяем сопротивление нагрузки цепи эмиттера переменному току

инверсного каскада:

R_Э ·R_ДЕЛ.СЛ.·R_ВХ~ _СЛ.

R_Э~ = ───────────────────────────,

R_Э ·R_ДЕЛ.СЛ. + R_Э·R_ВХ~ _СЛ. + R_ДЕЛ.СЛ.·R_ВХ~ _СЛ.

R_{1 СЛ.}·R_{2 СЛ} 1800 · 200

где R_ДЕЛ.СЛ. = ──────── = ─────── = 180 Ом.

R_{1 СЛ.} + R_{2 СЛ} 1800 + 200

680 ·180 ·45

R_Э~ = ──────────────── = 34,19 Ом ≈ 34 Ом.

680·180 + 680·45 + 180·45

10. Определяем входное сопротивление инверсного каскада по формуле:

R_Э~

R_{ВХ. ИНВ.} ≈ ───── ,

1 – α_min

где α – коэффициент передачи тока для включения транзистора

по схеме с ОБ.

α = β / (1 + β); α_min = 200/ 201 = 0, 995.

34

R_{ВХ. ИНВ.} = ──── = 6800 Ом.

0, 005

11. Определяем выходное сопротивление нижнего (эмиттерного) плеча

инверсного каскада (R_{ВЫХ. Э.П.}) по формуле:

R_{ВЫХ. Э.П.} ≈ R_ИСТ.· (1 – α_min) = 25000· 0,005 = 125 Ом.

12. Определяем коэффициенты усиления каскада по току и по напряжению:

1 R_Э~ 1 34

К_I ≈ ───── · ────── = ───── · ─── ≈ 151.

1 – α_min R_ВХ~ _СЛ. 1 – 0,995 45

R_Э~

К_U ≈ ────────;

R_{ВХ. О.Б.} + R_Э~

В последнем выражении R_{ВХ. О.Б.} определяется по входным

характеристикам транзистора, включённого с ОБ. Однако в справочной литературе эти характеристики практически не приводятся. Так как входное сопротивление транзистора с ОБ очень мало (несколько Ом), то можно считать, что

R_{ВХ. О.Б.} = (5 ÷ 10) Ом. Отсюда получаем:

34

К_U ≈ ───── ≈ 0, 83.

7 + 34

13. Определяем амплитуду сигнала на входе инверсного каскада:

U_ВХ.СЛ.~ 0, 04

U_ВХ.~ = ───── = ──── = 0,048 В.

К_U 0, 83

14. Определяем эквивалентное выходное сопротивление инверсного каскада

с учётом параллельного соединения R_Э и R_{ВЫХ. Э.П.}:

R_Э · R_{ВЫХ. Э.П.} 680·125

R'_{ВЫХ. ИНВ.} = ───────── = ──────=105,7 ≈ 106 Ом

R_Э + R_{ВЫХ. Э.П} 680 +125

15. Определяем эквивалентное входное сопротивление следующего

каскада с учётом параллельного соединения R_ВХ~ _СЛ. и R_ДЕЛ.СЛ.:

R_ВХ~ _СЛ. · R_ДЕЛ.СЛ. 45·180

R'_{ВХ. СЛ.} = ─────────── = ────── = 36 Ом.

R_ВХ~ _СЛ. + R_ДЕЛ.СЛ. 45 +180

16. Рассчитываем ёмкость разделительных конденсаторов С_Р по формуле:

0,159

С_Р = ──────────────────────.

f_Н ·(R'_{ВЫХ. ИНВ.} + R'_{ВХ. СЛ.}) ·

0,159

С_Р = ──────────────── = 98,22·10^-6 Ф≈98мкФ.

20 · (106 +36) ·

Выбираем по ГОСТу С_Р = 100 мкФ.

Принципиальная схема усилителя с распределённой нагрузкой