Рис.6 Построение линии динамического
режима работы транзистора
Приведенное соотношение показывает, что чем более открывается транзистор, тем меньше напряжение 
. Это определяет то, что при синусоидальном усиливаемом напряжении выходное напряжение усилителя находится в противофазе с входным.
Рассмотрим работу схемы при синусоидальном изменении напряжения 
на ее входе. При этом положение, так называемой, рабочей точки Р на входной характеристике транзистора, относительно которой меняется входное напряжение совпадает с началом координат.
Рис. 7 Режим усилителя класса «В»
Очевидно, полуволны 1 и 3 этого напряжения вызовут соответствующие изменения тока базы 
. В то же время отрицательная полуволна 2 входного напряжения находится в зоне отсечки закрытого транзистора и не вызывает изменения входного тока . Соответственно и выходные параметры 
и 
отражают только положительные полуволны входного напряжения. Такой режим работы схемы называют режимом класса “B”. Как видно режим класса “B” связан с большими искажениями усиливаемого сигнала.
Для того чтобы параметры выходного сигнала 
и 
отражали обе полуволны входного сигнала 
между эмиттером и базой подают постоянное напряжение смещения 
, которое приоткрывает транзистор и вызывает ток базы 
. Следует отметить, что это напряжение присутствует, не зависимо от того подано на вход транзистора усиливаемое напряжение или нет. Параметры 
и , относительно которых изменяется входной сигнал, определяют, так называемый, режим усилителя по постоянному току.
В рассмотренном случае обе полуволны входного сигнала 
вызывают изменения тока базы 
и соответственно приводят к изменениям выходного сигнала и . Такой режим работы называется режимом усилителя класса «A».
 |
Рис.8 Режим усилителя класса «А»
 |
Рис. 9. Динамическая характеристика биполярного
транзистора для рассматриваемого примера.
На рис.9 приведена динамическая характеристика транзистора, соответствующего рассматриваемому примеру (вариант № 22).
Ом.
На входной характеристике определяется участок АВ, на котором имеется линейная связь между напряжением 
и 
током базы (рис. 10). На середине этого участка фиксируют рабочую точку Р, которой соответствуют напряжение 
и ток базы
. Эти значения тока и напряжения должны присутствовать в усилителе не зависимо от того подан или не подан на его вход усиливаемый сигнал. Они характеризуют режим усилителя по постоянному току.
Максимальное напряжение, подаваемое на вход усилителя, при этом, должен быть таким, чтобы результирующее напряжение 
и 
не вышли за пределы линейного участка входной характеристики:
; 
.
Рис.10. Выбор режима транзистора по постоянному току (IрБ, IрБЭ) и определение
параметров входного сигнала (IВХ max, UВЫХ max).
мА; В; мА;
мА, В, В.
В, 
мА
Заметим, что выбор точки Р, определяющий режим транзистора по постоянному току, в центре линейного участка АВ входной характеристики транзистора соответствует режиму усиления класса А.
Параметры выходного сигнала усилителя определяются с помощью выходной динамической характеристики.
На этой характеристике определяются точки С, Д пересечения нагрузочной прямой с кривыми входной характеристики соответствующие максимальному и минимальному значениям тока базы IБ max IБ min (рис. 11).
Аналогично определяется точка Р пересечения нагрузочной прямой с кривой семейства выходной характеристики соответствующей току
базы IрБ.
Рис.11. Выбор режима транзистора по постоянному току (IрК, IрКЭ) и определение параметров выходного сигнала UВЫХ max для рассматриваемого примера
В случае необходимости следует скорректировать положение линейного участка АВ на входной характеристике транзистора или выбрать другой транзистор.
Указанные точки пересечения позволяют определить режим коллекторной цепи транзистора по постоянному току, когда сигнал на входе усилителя отсутствует. Этому режиму соответствуют ток коллектора IрК и напряжение между коллектором и эмиттером UрКЭ.
Для рассматриваемого примера эти значения равны: IрК=8,7 мА; UрКЭ=13,7 В. Мощность сопротивления в цепи коллектора R К=I2рК; RК=8,7.10-3.1200=0,09 Вт.
Проекции точек С и Д на оси IК и UКЭ позволяют определить максимальные и минимальные значения тока коллектора IК max, IK min и напряжение между коллектором и эмиттером UКЭ max, UКЭ min.
Для рассматриваемого примера эти значения равны:
IК max=12,1 мА, UКЭ max= 18,2 В,
IK min=4,6 мА, UКЭ min=9,4 В.
Здесь же определяются максимальные значения напряжения и тока выходного сигнала:
Для рассматриваемого примера эти значения равны:
мА;
В.
Одним из способов обеспечения фиксированного напряжения UрБЭ, определяющего режим работы транзистора по постоянному току, является подключение эмиттера и базы транзистора к делителю напряжения, выполненному на резисторах RБ1, RБ2 (рис. 12).
|
|
|
Рис.12 Обеспечение фиксированного напряжения
смещения тока базы транзистора
Сопротивления RБ1 и RБ2 выбирают исходя из следующих условий:
- делитель напряжения должен обладать большим сопротивлением, чтобы не загружать большим током источник ЭДС ЕК;
- следует учитывать, что сопротивления RБ1 и RБ2 через низкоомное внутреннее сопротивление источника ЭДС соединены парал - лельно, что существенно влияет на входное сопротивление усилителя.
Обычно принимают I2=(2…5)IрБ.
Так для рассматриваемого примера (рис. 9, 10, 11):
I2 = 2. 0,3 = 0,6 мА.
Исходя из этого, на основании закона Ома:
.
Для рассматриваемого примера:
Ом.
В соответствии с первым законом Кирхгофа:
I1=IрБ+I2.
В соответствии со вторым законом Кирхгофа:
Е=I1.RБ1+I2.RБ2;
E=I1.RБ1+UрБЭ.
Откуда 
.
Для рассматриваемого примера:
I 1= 0,3+ 0,6 = 0,9 мА;
Ом.
Для того, чтобы на вход усилителя не поступала постоянная составляющая тока усиливаемого сигнала, этот сигнал подается через разделительный конденсатор СР1. Аналогично разделительный конденсатор СР2 не пропускает постоянную составляющую тока IрК в нагрузку (рис. 12).
Емкости разделительных конденсаторов СР1 и СР2 одинаковы. Они выбираются из условия, что сопротивления ХС этих конденсаторов на низкой частоте должны быть меньше 0,1 RВХ усилителя.
Рис. 12. Использование конденсаторов СР1, СР2 для выделения сигналов переменной составляющей тока.
, 
,
.
Входное сопротивление усиливаемому сигналу определяется на базе входной динамической характеристики (рис. 5).
.
Для рассматриваемого примера:
Ом.
В то же время, следует учитывать, что входное сопротивление транзистора шунтируется параллельно соединенными сопротивлениями делителя напряжения RБ1 и RБ2.
Таким образом, эквивалентное входное сопротивление делителя определяется выражением:
.
Для рассматриваемого примера:
Ом.
Принимая низкую циклическую частоту усиливаемого сигнала ¦и=200 Гц и соответствующую ей круговую частоту wи=2p×200=1256 с-1, вычисляются емкости разделительных конденсаторов:
мкФ.
В соответствии с рядом номинальных сопротивлений резисторов и каталогу резисторов, выпускаемых промышленностью, выбираются резисторы, ближайшие к полученным в результате расчета.
RК – резистор МЛТ-0,5-1,2 кОм.
RБ1 – резистор МЛТ-0,125-27 кОм.
RБ2 – резистор МЛТ-0,125-470 кОм.
В соответствии с рядом номинальных емкостей конденсаторов и каталогом конденсаторов, выпускаемых промышленностью, выбираются разделительные конденсаторы, ближайшие к полученным в результате расчета.
СР1 – конденсатор электролитический КЭ-50х30.
Рассчитаем основные технические характеристики усилителя:
Коэффициент усиления по току 
;
Коэффициент усиления по напряжению 
;
Коэффициент усиления по мощности KP=KI×KU=37,5×176=6600;
Входное сопротивление усилителя 
Ом.
Литература:
Транзисторы для аппаратуры широкого применения. Справочник
под ред. , Москва, «Радио и связь», 1981.
Входные и выходные характеристики транзисторов
Составители:
ШИФРИН Виктор Григорьевич
ВИНОКУРОВ Михаил Романович
СЫЧЕВА Марина Александровна
РАСЧЕТ УСИЛИТЕЛЯ НИЗКОЙ ЧАСТОТЫ
НА БИПОЛЯРНОМ ТРАНЗИСТОРЕ
Методическое руководство к графо-расчетной работе
по дисциплине «Электротехника и электроника»
для студентов 3-го курса
специальностей 210300, 171000, 120400, 120500
дневной формы обучения.
Составители:
ШИФРИН Виктор Григорьевич
ВИНОКУРОВ Михаил Романович
СЫЧЕВА Марина Александровна
РАСЧЕТ УСИЛИТЕЛЯ НИЗКОЙ ЧАСТОТЫ
НА БИПОЛЯРНОМ ТРАНЗИСТОРЕ
Методическое руководство к самостоятельной работе
по дисциплине «Электротехника и техническая кибернетика»
для студентов 3-го курса
специальностей 151001,190206,110304,150202150201
всех форм обучения.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 |
