Синтез и расчет усилителя малого сигнала в режиме класса «А» (схема ОЭ)

Федеральное агентство по образованию РФ

Владимирский государственный университет

Кафедра конструирования и технологии радиоэлектронных средств

Лабораторная  работа  № 2

ИССЛЕДОВАНИЕ УСИЛИТЕЛЬНОГО КАСКАДА

НА БИПОЛЯРНОМ ТРАНЗИСТОРЕ 

Выполнил:

Ст. гр. РЭ-104

Проверил:

Владимир 2006

Цель работы: синтез и расчет усилителя малого сигнала в режиме класса «А» (схема ОЭ).

Расчетная часть

Исходные данные

Каскад: с эмиттерной стабилизацией;

Транзистор типа: КТ3102Б;

Напряжение питания 15 В;

Коэффициент усиления не менее 20;

Сопротивление нагрузки не менее 20 кОм.

Данные по транзистору КТ312Б

Транзистор кремниевый  n-p-n.

Максимально допустимое постоянное напряжение коллектор – эмиттер U_{кэ max}=50 В;

Максимально допустимое постоянное напряжение эмиттер – база U_{эб max}=5 В;

Максимально допустимый постоянный ток коллектора i_{к max доп}=100 мА;

Статический коэффициент усиления тока базы h_21э= 200-500

Мощность на коллекторе  Р_{кmax доп}=250 мВт

Диапазон рабочей температуры  -40…+85⁰С

Ход работы

Схема с каскада с эмиттерной стабилизацией представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Схема с эмиттерной стабилизацией

1.  Расчет режима по постоянному току

Необходимо определить величины сопротивлений R₁ ; R₂ ; R_э ; R_к величины емкостей С_вх, С_вых.,С_э а также значения начальных токов и напряжений U_{кэ нач},   i_{к нач}, U_{бэ нач}, i_{б нач}.

Пусть значение коэффициента передачи базового тока  в схеме ОЭ h_21эравно h_21э=300, сопротивление источника сигнала R_Г =100 Ом, сопротивление нагрузки R_н=20 кОм.

Напряжение питания задано , а . Тогда .

Напряжение

Полученное значение меньше предельного, указанного в справочных данных, значит можно продолжать расчет.

По нагрузочной прямой (по постоянному току) определяется начальный ток коллектора при начальном напряжении коллектор-эмиттер как изображено на рисунке 2.

Рисунок 2 – Построение нагрузочной прямой

Отсюда

Значение тока коллектора меньше предельного значения, указанного в справочных данных.

U_бэ=0,5В т.к. для Si транзистора составляет 0,5-0,7В

U_Rэ=(0,1-0,2)·Ек=0,2·15=3В.

Рассчитаем R₀; R₀=R_к+R_э;

, тогда R_к=R₀ -R_э=1,5кОм-500Ом=1кОм

Начальный ток базы определяется:

Тогда ток делителя составляет:

Тогда сопротивление резистора R₂определяется по закону Кирхгофа:

Сопротивление резистора R₁:

Теперь необходимо задаться номиналами резисторов в соответствии с рассчитанными сопротивлениями Сопротивления выбираем из стандартных рядов:

2.  Определение коэффициента усиления по напряжению

Коэффициент усиления находится по формуле:

, где , , ,

Пусть сопротивление нагрузки составляет

Тогда

Рассчитаем

Сопротивлением источника тоже необходимо задаться. Пусть .

Тогда рассчитывается:

Для расчета , где  - объемное сопротивление базы. =600…1500Ом. Пусть =1кОм;  - дифференциальное сопротивление прямосмещенного эмиттерного перехода:

.

Диапазон рабочей температуры заданного транзистора довольно широк, но пусть температурный потенциал задается для температуры 300К, т.е. . Токи эмиттера и коллектора примерно равны, поэтому можно считать, что . Тогда рассчитывается:

Входное сопротивление транзистора:

Коэффициент усиления:

3.  Определение входного и выходного сопротивлений каскада

Входное сопротивление каскада определятся:

Выходное сопротивление каскада (без учета ) принимается равным коллекторной нагрузке, т.е.

Рассчитаем также R_выхэ.

4.  Расчет входной и выходной емкостей

Необходимо задаться рабочей частотой. Пусть  . Причем сопротивление каскада должно быть много больше, чем емкостное сопротивление. На практике достаточно соотношения: . Тогда расчеты ведется следующим образом:

.

Тогда

.

Тогда

.

Тогда

Подбирая номиналы конденсаторов, имеем следующие значения:

,,.

5.  Графики прохождения гармонического сигнала через усилитель с использованием входных, проходных и выходных вольт-амперных характеристик заданного транзистора

Рисунок 3 - Графики прохождения гармонического сигнала

через усилитель

Тогда по рисунку 3 определим K_u:

При этом ране в расчетах получили его равным 121. Значит данный результат можно считать достоверным.