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 в0=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
Определение
Принимаем Uкэо = 6В
= Eп / 2 = 8 / 2 = 4 В
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
Расчет элементов базового делителя напряжения R1 и R2:
Uбэо = 0,3 В
а) Uбо = Rэ ⋅ Iэо + Uбэо = ( Iко + Iко/β) ⋅ Rэ + Uбэо = ( 16мА + 16мА/180) ⋅ 22 Ом + 0,3В = 0,65В
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
Определение крутизны:
где цТ – температурный потенциал (для 300К цТ=0,025В)
S = 16мА / 0,025В = 0,64 (А/В) = 0,64 Ом-1
Определение входного сопротивления каскада
дифференциальное сопротивление каскада: rБЭ = dUБЭ / dIБ = (dUБЭ / dIБ) ⋅ (dIК / dIК) = β / 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
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
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
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
ωН. ГР. = 2 ⋅ π ⋅ ƒН. ГР. = 2 ⋅ 3,14 ⋅ 50 Гц = 314,15 с-1
С1 ≥ 1/(ωН. ГР. ⋅ √МС1І - 1) ⋅ 1/ (Rвх. каскада + Rг) = 1/(314,15 ⋅ √1,121І - 1) ⋅ 1/(257,2 + 1000) = 4,99 мкФ
С1 ≥ 4,99 мкФ
в) Расчет С2
- постоянная времени для С2
С2 ≥ 1/(ωН. ГР. ⋅ √МС2І - 1) ⋅ 1/ (Rк + Rн) = 1/(314,15 ⋅ √1,121І - 1) ⋅ 1/(130 + 108,3) = 2,64⋅
Ф
С1 ≥ 2,64⋅
Ф
г) Расчет СЭ
- постоянная времени для СЭ
СЭ ≥ S/(ωН. ГР. ⋅ √МСЭІ - 1) = 0,64/(314,15 ⋅ √1,121І - 1 )= 4,02 мФ
Для области высоких частот необходимо учитывать СКЭ, в, 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) ƒβ = 300 МГц / (1 + 180) = 1,65 МГц
б) τβ = 1/ (2 ⋅ 3,14 ⋅ 2,48 ⋅ 106 ) = 0,096 мкс
в) ωВ. ГР = √МВ. ГР. І - 1 / τВ ≈ √МВ. ГР. І - 1 / τβ = 33,45 ⋅ 106 с-1
ƒВ. ГР. = ωВ. ГР. / 2 ⋅ π = 33,45 ⋅ 106 / 2 ⋅ 3,14 = 5,32 МГц
ƒα = ƒТ ⋅ m = 300МГц ⋅ 1,6 = 480МГц
ƒВ. ГР ≤ 120 ч 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
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
