Санкт-Петербургский Государственный Университет

Информационных Технологий Механики и Оптики


Курсовая работа

«Электроника и микропроцессорная техника»

“Расчет схемы усилительного каскада на биполярном транзисторе”

Выполнила:

Группа 3650

Преподаватель

Санкт-Петербург

2007г.

Цель работы: Рассчитать схему усилительного каскада на биполярном транзисторе (БТ) по заданному электрическому режиму транзистора IK0, UКЭ0 и нижней граничной частоте рабочего диапазона частот fН. ГР., при коэффициенте частотных искажений не хуже МН. ГР. = МВ. ГР. = 3дБ.

СХЕМА

Исходные данные:

Транзистор ГТ313А p-n-p типа

Напряжение источника питания EК= EПИТ =8 В

Постоянная составляющая тока коллектора IK0=16 мА=16 * 10-3 А

Коэффициент усиления по току β0=180

Нижняя граничная частота рабочего диапазона частот fН. ГР.=50 Гц

RН=0,13 КОм=130 Ом

Uкэо = 6 В

Uбэо = 0,3 В для германиевого транзистора

rБЭ = 470 Ом

rКЭ = 3030 Ом

Расчет элементов схемы, обеспечивающих режим БТ

1.  Определение

Принимаем Uкэо = 6В

= Eп / 2 = 8 / 2 = 4 В

2.  Определение RЭ и RК

По закону Кирхгофа для замкнутой цепи имеем:

Расчет RЭ и RК производится, исходя из следующих соображений:

RК + RЭ = Eп – Uкэо / Iко = (8 В – 6 В) / 16 × 10-3 А = 125 Ом

RК + RЭ = Rн =130 Ом (из РГР)

Выбираем из соображения

RК + 0,2Rк = 130 Ом

RК = 108,3 Ом выбирается RК = 110 Ом

RЭ = 21,6 Ом выбирается RЭ = 22 Ом

3.  Расчет элементов базового делителя напряжения R1 и R2:

Uбэо = 0,3 В

а) Uбо = Rэ × Iэо + Uбэо = ( Iко + Iко/b) × Rэ + Uбэо = ( 16мА + 16мА/180) × 22 Ом + 0,3В = 0,65В

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

б) Выбирается ток делителя >>:

Iбо = 0,1 мА (из РГР)

Iд = 10 × Iбо = 10 × 0,1 мА = 1 мА

в) R2 = Uбо/Iд = 0,65В/1 мА = 650 Ом выбирается R2 = 620 Ом

R1 = Eп – Uбо / Iд + Iбо = (8 – 0,65)В / (1 + 0,1)мА = 6682Ом выбирается R1 = 6800

Расчет основных параметров усилителя

1.  Определение крутизны:

где φТ – температурный потенциал (для 300К φТ=0,025В)

S = 16мА / 0,025В = 0,64 (А/В) = 0,64 Ом-1

2.  Определение входного сопротивления каскада

дифференциальное сопротивление каскада: rБЭ = dUБЭ / dIБ = (dUБЭ / dIБ) × (dIК / dIК) = b / S

rБЭ = 180 / 0,64 Ом-1 = 281,25 Ом принимаем rБЭ = 470 Ом (из РГР)

Rвх. каскада = rБЭ × R1 × R2 / R1 × R2 + R1 × rБЭ + rБЭ × R2

Rвх. каскада = (470 × 620 × 6800 )/( 470 × 6800 + 620 × 6800 + 620 × 470) = 1981520000 / 7703400 = 257,2Ом

3.  Определение коэффициента усиления по напряжению для области средних частот

rКЭ = UА / IКО = 100 В / 16 мА = 6250 Ом принимаем rКЭ = 3030 Ом (из РГР)

RН = 130 Ом

Rвых. каскада = (RK × rКЭ × RН )/ (RK × rКЭ + rКЭ × RН + RН × RK)

Rвых. каскада = (108,3 × 3030 × 130) Ом / (108,3 × 3030 + 3030 × 130 + 130 × 108,3) Ом =

= 42659370 / 736128 = 579,46 Ом

КUO = S × Rвых. каскада = 0,64 Ом-1 × 579,46 Ом = 371

4.  Определение сквозного потенциала усиления по напряжению

КUCO = UВЫХ. / еГ = UВХ. × UВЫХ. / еГ × UВХ. = UВХ. × КUO / еГ = Rвх. каскада × КUO / Rвх. каскада + Rг =

= 257,2 × 371 / (257,2+ 1000) = 75,9

5.  Расчет конденсаторов связи С1, С2 и эмиттерной стабилизации (СЭ)

а) Распределяются частотные искажения для области низких частот между источниками частотных искажений:

МН. общ. = 3дБ, распределяем МС1,С2,СЭ поровну МС1 = 1дБ, МС2 = 1дБ, МСЭ = 1дБ.

1дБ = 1,121

б) Расчет С1

,

где - постоянная времени для С1

wН. ГР. = 2 × p × ¦Н. ГР. = 2 × 3,14 × 50 Гц = 314,15 с-1

С1 ≥ 1/(wН. ГР. × √МС1² - 1) × 1/ (Rвх. каскада + Rг) = 1/(314,15 × √1,121² - 1) × 1/(257,2 + 1000) = 4,99 мкФ

С1 ≥ 4,99 мкФ

в) Расчет С2

- постоянная времени для С2

С2 ≥ 1/(wН. ГР. × √МС2² - 1) × 1/ (Rк + Rн) = 1/(314,15 × √1,121² - 1) × 1/(130 + 108,3) = 2,64×Ф

С1 ≥ 2,64×Ф

г) Расчет СЭ

- постоянная времени для СЭ

СЭ ≥ S/(wН. ГР. × √МСЭ² - 1) = 0,64/(314,15 × √1,121² - 1 )= 4,02 мФ

Для области высоких частот необходимо учитывать СКЭ, β, СН

Коэффициенты частотных искажений (МВ) на верхней граничной частоте полосы пропускания() определяем следующим образом:

fТ=300 МГц

,

где

- постоянная времени на верхней частоте;

- постоянная времени коэффициента передачи

- граничная частота коэффициента передачи

а) ¦b = 300 МГц / (1 + 180) = 1,65 МГц

б) tb = 1/ (2 × 3,14 × 2,48 × 106 ) = 0,096 мкс

в) wВ. ГР = √МВ. ГР.² - 1 / tВ ≈ √МВ. ГР.² - 1 / tb = 33,45 × 106 с-1

¦В. ГР. = wВ. ГР. / 2 × p = 33,45 × 106 / 2 × 3,14 = 5,32 МГц

¦a = ¦Т × m = 300МГц × 1,6 = 480МГц

¦В. ГР ≤ 120 ÷ 160 МГц условие выполнено.

8. Выбор ближайших номиналов для R и С из ГОСТа:

Рассчитанные значения

Значения из ГОСТа

Rэ, Ом

21,6

22

Rк, Ом

108,3

110

R1, Ом

6682

6800

R2,Ом

650

620

Rэп, Ом

133,3

130

Rб, Ом

80000

82000

Rвх. каск, Ом

257,2

270

Rвых. эп, Ом

8,12

8,2

Rвх. эп, Ом

15898

16000

rэ, Ом

1,56

1,6

C1, Ф

110·10-3

110·10-3

C2, Ф

570·10-3

560·10-3

Cэ, Ф

4,69·10-3

4,7·10-3

Cр, Ф

4,34·10-7

4,3·10-7

АЧХ рассчитанного усилительного каскада.

5.Добавим к схеме эмиттерный повторитель:

6. Расчет основных параметров

7.  Расчет конденсаторов связи С1, С2 , Ср и эмиттерной стабилизации (СЭ)

а) Распределяются частотные искажения для области нижних частот (ОНЧ) между источниками частотных искажений:

Мн. общ=3дБ, распределяем поровну Мс1=0,75дБ; Мс2=0,75дБ; Мср=0,75дБ; Мсэ=0,75дБ

Или Мс1=0,75дБ, т. е. 100,75/20 =1,09 раз

б) Расчет С1

в) Расчет С2

г) Расчет Ср

д) Расчет Сэ