2.Электрический расчет

Схема электрическая.

Рассчитаю двухкаскадный УПТ с непосредственной межкаскадной связью, если источником сигнала служит датчик. включенный в мостовую схему.

Дано:

Е_к = 30 В - напряжение источника питания.

∆U_ВХ ⁼ ± 0,2 В- максимальные изменения входного сигнала.

R_С = 1,8 кОм - внутреннее сопротивление источника входного

сигнала.

R_Н = 6,2 кОм - сопротивление нагрузки.

∆U_ВЫХ = 8 В - требуемое максимальное изменение выходного напряжения.

t°_ОKP = (30±10)°C - температура окружающей среды.

Расчет:

1. По заданному напряжению Е_К выбираю транзисторы с максимально допустимым напряжением и возможно малым обратным коллекторным током I_КБО.

Беру для обоих каскадов транзистор КТ 361А со следующими параметрами:

= 30 В;

⁼ 50 мА;

⁼ 25 мкА;

= 85°С;

= 150 мВт;

h_11Э ⁼ 500 Ом; h_21Э ⁼ 50100 (для расчета принимаем h_21Э ⁼ 75).

2. Определяю режим покоя для транзистора второго каскада. Согласно формуле

выбираю │U _кэп│ = 11 В.

До расчёта сопротивлений резисторов R1, R2 и R_К2 оценить значения R'_К2 и выбрать ток I_К2 затруднительно, поэтому нахожу его из условия . ПринимаюI_К2 = 10 мА.

Рис. 2.2. Входная (а) и выходная (б) статические характеристики транзистора типа КТ361А

Выбранной точке покоя П (рис.4.2) соответствует ток I_Б2 = 150 мкА.

По входным характеристикам транзистора нахожу напряжение = 0,135 В, соответствующее токуI_Б2 в точке покоя.

3. Проверяю режим покоя на соответствие допустимой рассеиваемой мощности коллектора:

, где максимальная допустимая мощность при наибольшей температуре окружающей среды

В нашем случае

4. Приняв напряжение определяю сопротивление резисторов:

При этом и

.

В результате расчета получил .

5. Определяю сопротивления делителя. Сопротивления этих резисторов выбирают из условий баланса мостовой схемы, в которую включена нагрузка R_H:

, где - сопротивление транзистораVТ2 в режиме покоя.

Задаваясь сопротивлением , нахожу:

R1 = 1,33 кОм (1,5 кОм);

R2 = 1,16 кОм (1,2 кОм).

6. Определяю сопротивление нагрузки для второго каскада

где

7. Проверяю правильность выбора тока I_К2 , для чего рассчитаю требуемую амплитуду тока

Таким образом, выбранное мной значение тока I_К2=10 мА удовлетворяет условию , где- коэффициент запаса.

8. Определяю коэффициент усиления напряжения второго каскада

9. Определяю необходимое входное напряжение второго каскада

10. Определяю напряжение U_К1 в режиме покоя

11. Выбираю точку покоя транзистора VT1. Для этого, задаваясь значением нахожу

.

Необходимое изменение коллекторного тока первого транзистора в режиме покоя нужно обеспечить ток

,

где

- обратный коллекторный ток при максимальной температуре окружающей среды .

Подставляя в выражение для I_К1 сопротивление резистора R_К1

, находим:

Принимаю I_К1 = 3 мА. Выбранной точке покоя В и I_К1 = 3 мА соответствует ток I_Б = 50мкА и напряжение U_БЭI = -0,1 В, которое определяется по входным характеристикам транзистора (рис. 2.2).

12. Определяю сопротивления резисторов:

где

В выражении для I_Rб значение подставляются со своим знаком. В нашем случае в режиме покоя Ес = 0

13. Определяю входное сопротивление усилителя

и коэффициент усиления первого каскада

где

14. Общий коэффициент усиления напряжения

с некоторым запасом обеспечивается требуемое усиление

К_ТР = ∆U_ВЫХ/∆U_ВХ = 8/0,2=40.

15. Определяем дрейф выходного напряжения. Для этого находим изменения обратных коллекторных токов транзисторов ∆I_КБО при изменении температуры окружающей среды в пределах 20-40°С и коэффициент нестабильности первого каскада q_1:

Нестабильность (дрейф коллекторного тока первого транзистора Изменение (дрейф тока нагрузки первого каскадас учётом направления обратных токовиравен

Дрейф входного напряжения второго каскада

U_ВХ2др=I_1дрR_Н1=3610^-6610³=0,2 В

и дрейф выходного напряжения усилителя U_вых.др=U_ВХ2дрК₂=0,23,92=0,78 В.

Дрейф входного напряжения составляет 7,8 % значения выходного сигнала. Дрейф выходного напряжения можно уменьшить, если выбрать транзистор VT2 с током >. Например, выберем транзисторVT₁ с обратным током , а транзисторVT2 – c .

Тогда:

Дрейф входного напряжения второго каскада

U_ВХ2др=I_1дрR_Н1=5,410^-6610³=0,03 В

и дрейф выходного напряжения усилителя U_вых.др=U_ВХ2дрК₂=0,033,92=0,1 В.

Дрейф входного напряжения составляет 1% выходного сигнала.