Линейный усилитель сигнала звуковой частоты

Московский энергетический институт

(технический университет)

Типовой расчёт по курсу: электроника.

Линейный усилитель сигнала звуковой частоты

Вар.4

Выполнил:

 студент гр. А-1-03

Козлов Максим Алексеевич

Проверил преподаватель:

Лагутина Светлана Владимировна

Москва 2004г.

Оглавление

Содержание…………………………………………………………………………2

Техническое задание……………………………………………………………….3

Принципиальная схема…………………………………………………………….3

Предварительный расчёт                                                                                          4

            Выбор рабочей точки и источника питания…………………………….. 4

            Проверка транзистора…………………………………………………….. 4

            Определение сопротивления резисторов выходной цепи…………….....5

            Расчёт делителя R1-R2……………………………………………………..5

Основной расчёт                                                                                                       6

            Расчёт по постоянному току……………………………………………....6

            Расчёт по переменному току………………………………………………8

            Расчёт частотной области…………………………………………………9

Анализ схемы на ЭВМ…………………………………………………………….11

Спецификация элементов…………………………………………………………11        

Список использованной литературы……………………………………………  12

Техническое задание

1.  Усилительный каскад по схеме с общим эмиттером.

2.  Рекомендуемый тип транзистора – КТ3107А.

3.  Амплитуда неискажённого выходного сигнала не менее 1 В.

4.  Коэффициент усиления напряжения при сопротивлении нагрузки 1 кОм и внутреннем сопротивлении источника сигнала 300 Ом не менее 5.

5.  Усилитель должен обеспечивать полосу пропускания не хуже чем  200Гц….10 кГц при ёмкости нагрузки 1000 пФ.

6.  Усилитель должен работать в температурном диапазоне -40°С ... +60°С.

Принципиальная схема усилителя

Предварительный расчёт параметров схемы

Выбор рабочей точки и напряжения источника питания:

Напряжение рабочей точки:

Напряжение источника питания выбираем из номинального ряда 12 В.

Ток рабочей точки:

Проверка транзистора на возможность работы в данной схеме:

Предельные эксплутационные данные транзистора КТ3107А:

Постоянное напряжение коллектор-эмиттер:         45 В

Постоянный ток коллектора:                                   100 мА

Постоянная рассеиваемая мощность коллектора:  300мВт

Температура окружающей среды:                           213…398 К

Проверка транзистора:

         

Температура окружающей среды по ТЗ находится в пределах допустимой для данного типа транзистора.

Вывод: Транзистор КТ3107А подходит для использования в усилителе.

Определение сопротивления резисторов выходной цепи:

Выбираем сопротивление Rк из номинального ряда равное 680 Ом

Определение сопротивления резисторов делителя R1-R2:

Примем ток через резистор R1 в 10 раз больше тока базы.

Принимая напряжение база-эмиттер равное 0.7 В запишем систему для определения сопротивлений резисторов R1 и R2:

Решая эту систему получаем R1=14.52 кОм и R2= 5.93кОм

Выбираем сопротивления резисторов из номинального ряда:

R1=15 кОм             R2=5.6 кОм

Номиналы резисторов схемы полученные в ходе предварительного расчёта:

R1=15 кОм             R2=5.6 кОм

Rк=680 Ом             Rэ=500 Ом

Основной расчёт

Расчёт рабочего режима каскада.

Схема каскада по постоянному току:

Аналитический расчёт:

Запишем систему уравнений для расчёта рабочего режима транзистора:

Принимая напряжение база-эмиттер равным  -0.7 В и h21 равным β (105), решим приведённую выше систему.

В результате получим:

Uкэ= -6.405 В         Iка=4,73мА        Iба=45мкА

Как видно установившийся режим близок к выбранному в предварительном расчёте:

Графический расчёт:

Нанесём на входную ВАХ транзистора линию нагрузки

Ток базы рабочей точки совпадает с расчётным.

Нанесём на выходную ВАХ транзистора линию нагрузки

Uкэа=5 В                   Iка=6 мА       

Рабочий режим транзистора определённый графически близок к расчётному.

Проверим изменение положения рабочей точки:

Найдём изменение тока коллектора связанное с разбросом температур:

Найдём изменение тока коллектора связанное с разбросом коэффициента β:

Найдём разброс напряжения рабочей точки и сравним его с допустимым

Уход рабочей точки не превышает допустимого значения.

Расчёт по переменному току

Малосигнальная схема замещения:

Определение малосигнальных параметров и выходного сопротивления каскада:

Определение резисторов цепи эмиттера, коэффициента усиления и входного сопротивления каскада:

Обозначим за x следующее выражение:

И решим уравнение:

Для этого учтём что коэффициент усиления по ТЗ не менее 5, а также

 

Получим:

Выберем из номинального ряда сопротивления цепи эмиттера:

Rэ1=68 Ом,  Rэ2=430 Ом

Теперь рассчитаем входное сопротивление и коэффициент усиления:

 

Расчёт частотной области:

Расчёт на низких частотах выбор ёмкостей конденсаторов:

Примем:

Решим уравнение:

Для определения ёмкостей конденсаторов решим уравнения:

Ёмкости конденсаторов выберем из номинальных рядов в сторону увеличения:

Расчёт на высоких частотах

Из справочника возьмём граничную частоту транзистора:

Определим постоянную времени :

Определим верхнюю граничную частоту полосы пропускания усилителя:

Верхняя граничная частот полосы пропускания удовлетворяет техническому заданию.

Результаты анализа схемы на ЭВМ

Параметр	Расчёт	ЭВМ
Uкэа ,В	-6.405	-6.7
Iка, мА	4.73	4.42
Iба, мкА	45	64
Ku	-5.02	-5.4
Fн, Гц	200	120
Fв, кГц	393	385
Rвх, Ом	2650	2580
Rвых, Ом	680	710

Спецификация элементов

№	Поз.	Название	К-во
		Резисторы
1	R1	СF-0,125Вт-15кОм ±5%	1
2	R2	CF-0.125Вт-5.6кОм ±5%	1
3	Rк	CF-0.125Вт-660Ом ±5%	1
4	Rэ1	CF-0.125Вт-68Ом ±5%	1
5	Rэ2	CF-0.125Вт-430Ом ±5%	1
		Конденсаторы
6	Сp1		1
7	Сp2
8	Cэ
		Транзисторы
9	VT1	КТ 3107 А	1

Список использованной литературы :

1.         Полупроводниковые приборы: транзисторы. Справочник под редакцией

Н.Н Горюнова М. ЭНЕРГОИЗДАТ 1982г.

2.         Степаненко  И.П.  Основы  теории  транзисторов и транзисторных схем, издание 3-е. - М.: Энергия, 1973.

3.         Полупроводниковые приборы. В.В Пасынков Л.К. Чиркин С.П. Лань 2001г