Синтез дифференциального усилителя с Rэ в цепи эмиттера, исследование его параметров при различных условиях

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Владимирский Государственный Университет

Кафедра КТРЭС

Лабораторная работа №1

По дисциплине «Схемотехника ЭС»

«Синтез и расчёт дифференциального усилителя»

Выполнил:

студент группы Р-106

Проверил:

Владимир 2008

Цель работы: Синтез дифференциального усилителя с Rэ в цепи эмиттера, исследование его параметров при различных условиях.

Принципиальная схема усилителя:

Расчет параметров усилителя.

Примем коэффициент h_21э для транзистора КТ315А равным 50 .

Допустим напряжение база-эмиттер для кремниевого транзистора равным:

U_бэ = 0,7 В,  и напряжение коллектор-эмиттер:  U_кэ = 6 В.

По справочнику определяем коллекторный ток, соответствующий заданному напряжению коллектор-эмиттер: I_k = 5 мА.

С помощью принятого значения коэффициента h_21э, находим значение базового тока:

I_k = h_21э  I_б , I_б = , I_б = .

Коллекторный ток транзисторов 5 мА, значит через резисторы R₃=R₄ текут одинаковые токи и они соответственно равны:

I_R3=I_R4 = 5 мА.

Эмиттерные токи транзисторов будут примерно равны коллекторным, т.к. базовый ток, по сравнению с коллекторным, - незначителен и им можно пренебречь:

I_э1= I_k1 + I_б1 ≈ I_k ≈ 5 мА.

Для стабильной работы каскада напряжение на резисторе R_э должно быть 10% - 20% от напряжения питания:

U_Rэ = 0.2 E_П = 0,2 * 15 В = 3 В.

Ток, протекающий через резистор R_э складывается из эмиттерных токов транзисторов VT1 и VT2:

I_Rэ  = I_э1 *2 = 5 мА * 2 = 10 мА.

По известным значениям тока через резистор R_э  и напряжения на нём, можно определить величину его сопротивления:

R_э  = U_Rэ / I_Rэ  = 3 В / 10 мА = 300 Ом.

Напряжение на резисторах R₃ и R₄ равно:

U_R3 = U_R4 = E_П - U_kэ – U_Rэ  = 15 В – 6 В – 3 В = 6 В.

По известным значениям тока через резисторы R₃ и R₄ и напряжениям на них, можно найти значения их сопротивлений:

R₃ = R₄  = U_R3 / I_R3 = 6 В / 5 мА = 1,2 кОм.

Ток делителя напряжения R₁ – R₂ удобно взять равным пяти базовым токам:

I_del  = I_R2 = 5 * I_б = 5 * 100 мкА =500 мкА.

Напряжение на резисторе R₂ равно:

U_R2 = U_Rэ + U_бэ = 3 В + 0,7 В = 3,7 В.

По известным значениям тока через резистор R₂ и напряжения на нём, можно найти значение его сопротивления:

R₂ = U_R2 / I_del = 3.7 В / 500 мкА = 7400 Ом.

Ток через резистор R₁ равен разности токов делителя и базового тока:

I_R1 = I_R2 – I_б = 500 мкА + 100 мкА = 600 мкА.

Напряжение на нём равно разности напряжения питания и напряжения на резисторе R₂:

U_R1 = E_П  - U_R2 = 15 В – 3,7 В = 11,3 В.

По полученным  значениям тока и напряжения определяем значение сопротивления резистора R₁:

R₁ = U_R1 / I_R1 = 11,3 В / 600 мкА = 18,833 Ом.

R₁=R₅, R₂=R₆.

Мощности резисторов:

P_R1 = P_R5 = U_R1 * I_R1 = 11.3 В * 600 мкА = 6.7 мВт,

P_R2 = P_R6 = U_R2 * I_R2 = 3.7 В * 500 мкА = 1.8 мВт,

P_R3 = P_R4 = U_R3 * I_R3 = 6 В * 5 мА = 30 мВт,

P_Rэ = U_Rэ * I_Rэ = 3 В * 10 мА = 30 мВт.

Расчет коэффициента усиления:

K_u = h_21э ,

R_вхоэ = r_б + (1 + h_21э)r_э,

R_вхоэ = 400 + (1+50)*5 = 655 Ом,

R_н = R_к ll R_н , тк. R_к << R_н, то R_н = R_к,

K_u = h_21э  = 50*(1200/655) = 91.

91 >> 10, заданное условие выполняется.

Рассмотрим, как будет работать схема при изменении R_э. При увеличении R_э у нас уменьшится К_uсинф, а следовательно у нас увеличится К_оСс, что хорошо повлияет на работу дифференциального усилителя.

Рассмотрим, что произойдёт, если мы изменим сопротивление R_к любого из плеч (например, уменьшим его). В результате этого уменьшится коэффициент усиления синфазного сигнала, что казалось бы приведет к положительным последствиям – увеличению коэффициента ослабления синфазного сигнала, но  вместе с этим и уменьшится коэффициент усиления дифференциального сигнала. Если же изменить сопротивление R_к в сторону увеличения, то вместе с ним увеличится и коэффициент усиления дифференциального сигнала, но уменьшится коэффициент ОСС, поэтому выбирая номинал сопротивления резистора R_к нужно придерживаться компромисса между К_осс и К_uдиф, в нашем случае не желательно его изменение в низшую сторону, потому что коэффициент усиления получен в “притирку” с заданным, но также если мы изменим его в большую сторону, то на схеме с R_э в цепи эмиттера не будет никакого ОСС.

Определим коэффициент ослабления синфазного сигнала.

Он равен К_оСс = К_uдиф/К_uсинф , где К_uдиф = 91, а К_uсинф .

Таким образом, мы получили, что К_uсинф =2, а это больше 1. Из этого следует, что синфазный сигнал будет очень плохо ослабляться по сравнению со схемой дифференциального усилителя с источником стабильного тока в цепи эмиттера.