Страница 1 из 2

Принцип работы транзисторного усилителя основан на том, что с помощью небольших изменений напряжения или тока во входной цепи транзистора можно получить значительно большие изменения напряжения или тока в его выходной цепи.
Изменение напряжения эмиттерного перехода вызывает изменение токов транзистора. Это свойство транзистора используется для усиления электрических сигналов.
Для преобразования изменений коллекторного тока, возникающих под действием входных сигналов, в изменяющееся напряжение в коллекторную цепь транзистора включают нагрузку. Нагрузкой чаще всего служит резистор или колебательный контур. Кроме того, при усилении переменных электрических сигналов между базой и эмиттером транзистора нужно включить источник постоянного напряжения, называемый обычно источником смещения, с помощью которого устанавливается режим работы транзистора. Этот режим характеризуется протеканием через его электроды при отсутствии входного электрического сигнала некоторых постоянных токов эмиттера, коллектора и базы. С применением дополнительного источника увеличиваются размеры всего устройства, его масса, усложняется конструкция, да и стоят два источника дороже, чем один. В то же время можно обойтись одним источником, употребляемым для питания коллекторной цепи транзистора. Одна из таких схем усилителя показана на рисунке.

В этой схеме нагрузкой усилителя является резистор R K , а используя резистор R б, задают необходимый ток базы транзистора. Если режим работы транзистора задан (при этом часто говорят, что задана рабочая точка на характеристиках транзистора), становятся известными ток базы и напряжение U БЭ, а сопротивление резистора R б, обеспечивающего этот ток, можно определить по формуле:
R б =(G K -U БЭ)/I Б.
Так как U БЭ обычно составляет не более 0,2…0,3В для германиевых транзисторов и 0,6…0,8 В — для кремниевых, а напряжение G K измеряется единицами или даже десятками вольт, то U БЭ < и можно записать:
R б ≈G K /I Б.
Из выражений следует, что независимо от типа транзистора VT ток его базы будет постоянным: I Б = G K /R б. Поэтому такая схема получила название схемы с общим эмиттером (ОЭ) и фиксированным током базы.
Режим работы транзистора в усилительном каскаде при постоянных токах и напряжениях его электродов называют исходным, или режимом покоя.
Включение нагрузки в коллекторную цепь транзистора приводит к падению напряжения на сопротивлении нагрузки, равному произведению I K R K .
В результате напряжение, действующее между коллектором и эмиттером Uкэ транзистора, оказывается меньше, чем напряжение G K источника питания на величину падения напряжения на сопротивлении нагрузки, т. е.:
U КЭ =G K -I K R K .
Если эту зависимость отобразить графически на семействе статических выходных характеристик транзистора, то она будет иметь вид прямой линии. Для ее построения достаточно определить всего две принадлежащие ей точки (так как через две точки можно провести только одну прямую). Каждая точка должна быть задана двумя координатами: I K и U КЭ.
Задавшись конкретным значением одной из координат, определяют вторую координату, решая уравнение U КЭ =G K -I K R K . Прямая, построенная в соответствии с уравнением на семействе статических выходных характеристик, транзистора, называется нагрузочной прямой.
Нагрузочная прямая, показанная на рисунке (а), построена для случая, когда G K =10В и R К =200 Ом.

1-я точка: =0;U КЭ =G K —0R K =G K =10 В;
2-я точка: I K =30 мА; U КЭ =10—30-10^3-200=10—6=4 В.

Если в исходном режиме (режиме покоя) ток базы равен 2 мА, этот режим будет определяться точкой A, лежащей на нагрузочной прямой в месте пересечения ее со статической выходной характеристикой, полученной при I БО =2 мА. При этом I КО =20 мА; U КЭO =5,8 В. Если перенести точку A на семейство входных характеристик (рис., б), можно найти U БЭО. Оно равно 0,25 В.
При подаче на вход усилителя переменного напряжения с амплитудой 50 мВ (0,05 В) на оси напряжений входных характеристик относительно напряжения U БЭО =0,25 В откладывают по обе стороны отрезки, соответствующие напряжению 0,05 В, и из их концов восстанавливают перпендикуляры к оси U БЭ до пересечения со статической характеристикой, на которой расположена точка А, обозначающая режим покоя усилителя. В точках пересечения перпендикуляров с характеристикой проставляют буквы В и С. Таким образом, при поступлении на вход переменного напряжения режим работы будет уже определяться не точкой А, а ее перемещениями между точками В и С. При этом ток базы изменяется от 1 до 3 мА. Другими словами, переменное напряжение на входе усилителя приводит к появлению переменной составляющей в его входном токе — токе базы. В данном примере амплитуда переменной составляющей тока базы, как видно из рисунка, равна 1 мА.
Точки B и С можно перенести на семейство выходных характеристик. Они будут находиться в местах пересечения нагрузочной характеристики со статическими, полученными при токах базы, равных 1 и 3 мА. Из этого рисунка, видно, что в режиме с нагрузкой появилась переменная составляющая коллекторного напряжения. Иначе, коллекторное напряжение теперь не остается постоянным, а изменяется синхронно
с изменениями входного напряжения. Причем изменение коллекторного напряжения ΔU КЭ =7,5—4,3=3,2В оказывается больше изменения входного напряжения ΔU БЭ =0,3—0,2=0,1В в 32 раза; т. е. получено усиление входного напряжения в 32 раза.
Поскольку напряжение источника питания G K постоянное, изменение коллекторного напряжения равно изменению напряжения на резисторе коллекторной нагрузки, т. е.ΔU КЭ = ΔI К R К. Из этого выражения видно, что чем больше сопротивление резистора R К, тем сильнее изменяется на нем напряжение и тем больше будет усиление. Однако увеличивать сопротивление резистора R K можно лишь до некоторого предела, превышение которого может привести даже к снижению усиления и появлению больших искажений усиливаемого сигнала.
В усилителе, схема которого приведена на верхнем рисунке, режим работы транзистора определяется током базы, который устанавливается резистором R б. Режим работы транзистора можно также установить, подав на его эмиттерный переход напряжение с делителя R1R2.

Ток делителя I Д, протекающий через резисторы R1 и R2, вызывает на сопротивлении резистора R2 падение напряжения, которое подается на эмиттерный переход транзистора и смещает его в прямом направлении. Это напряжение определяется в основном соотношением сопротивлений резисторов R1,R2 и протекающим через них током I Д и почти не зависит от типа транзистора. Поэтому такую схему иногда называют схемой с фиксированным напряжением смещения.

Предыдущая страница – Следующая страница

В усилителях на биполярных транзисторах используется три схемы подключения транзистора:с общей, с общим эмиттером, с общим коллектором.

В схеме включения транзистора с общим эмиттером усилитель обеспечивает усиление по напряжению, по току, по мощности. Такой усилитель имеет средние значения входного и выходного сопротивления по сравнению со схемами включения с общей базой и общим коллектором.

Параметры транзистора в значительной степени зависят от температуры. Изменение температуры окружающей среды приводит к изменению рабочего режима транзистора в простой схеме усилителя при включении транзистора с общим эмиттером.

Для стабилизации режима работы транзистора при изменении температуры используют схемы эмиттерной стабилизации режима работы транзистора.

На рисунках 5.14 и 5.15 приведены схемы однокаскадных усилителей на биполярных транзисторах n-p-n и p-n-p типов с эмиттерной температурной стабилизацией режима работы транзистора.

Проследим цепи, по которым протекают постоянные токи в усилителе по схеме рисунка 5.14. Постоянный ток делителя напряжения протекает по цепи: плюс источника питания, резисторы R1, R2, минус источника питания. Постоянный ток базы транзистора VT1 протекает по цепи: плюс источника питания, резистор R1, переход база-эмиттер транзистора VT1, резистор Rэ, минус источника питания. Постоянный ток коллектора транзистора VT1 протекает по цепи: плюс источника питания, резистор RК, выводы коллектор-эмиттер транзистора, резистор Rэ, минус источника питания. Биполярный транзистор в составе усилителя работает в режиме, когда переход база-эмиттер смещен в прямом направлении, а переход база-коллектор - в обратном. Поэтому постоянное напряжение на резисторе R2 будет равно сумме напряжения на переходе база-эмиттер транзистора VT1 и напряжения на резисторе Rэ:UR2=Uбэ+URэ. Отсюда следует, что постоянное напряжение на переходе база-эмиттер будет равноUбэ= UR2 - URэ.

Страница 1 из 2

Принцип работы транзисторного усилителя основан на том, что с помощью небольших изменений напряжения или тока во входной цепи транзистора можно получить значительно большие изменения напряжения или тока в его выходной цепи.
Изменение напряжения эмиттерного перехода вызывает изменение токов транзистора. Это свойство транзистора используется для усиления электрических сигналов.
Для преобразования изменений коллекторного тока, возникающих под действием входных сигналов, в изменяющееся напряжение в коллекторную цепь транзистора включают нагрузку. Нагрузкой чаще всего служит резистор или колебательный контур. Кроме того, при усилении переменных электрических сигналов между базой и эмиттером транзистора нужно включить источник постоянного напряжения, называемый обычно источником смещения, с помощью которого устанавливается режим работы транзистора. Этот режим характеризуется протеканием через его электроды при отсутствии входного электрического сигнала некоторых постоянных токов эмиттера, коллектора и базы. С применением дополнительного источника увеличиваются размеры всего устройства, его масса, усложняется конструкция, да и стоят два источника дороже, чем один. В то же время можно обойтись одним источником, употребляемым для питания коллекторной цепи транзистора. Одна из таких схем усилителя показана на рисунке.

В этой схеме нагрузкой усилителя является резистор R K , а используя резистор R б, задают необходимый ток базы транзистора. Если режим работы транзистора задан (при этом часто говорят, что задана рабочая точка на характеристиках транзистора), становятся известными ток базы и напряжение U БЭ, а сопротивление резистора R б, обеспечивающего этот ток, можно определить по формуле:
R б =(G K -U БЭ)/I Б.
Так как U БЭ обычно составляет не более 0,2...0,3В для германиевых транзисторов и 0,6...0,8 В — для кремниевых, а напряжение G K измеряется единицами или даже десятками вольт, то U БЭ < и можно записать:
R б ≈G K /I Б.
Из выражений следует, что независимо от типа транзистора VT ток его базы будет постоянным: I Б = G K /R б. Поэтому такая схема получила название схемы с общим эмиттером (ОЭ) и фиксированным током базы.
Режим работы транзистора в усилительном каскаде при постоянных токах и напряжениях его электродов называют исходным, или режимом покоя.
Включение нагрузки в коллекторную цепь транзистора приводит к падению напряжения на сопротивлении нагрузки, равному произведению I K R K .
В результате напряжение, действующее между коллектором и эмиттером Uкэ транзистора, оказывается меньше, чем напряжение G K источника питания на величину падения напряжения на сопротивлении нагрузки, т. е.:
U КЭ =G K -I K R K .
Если эту зависимость отобразить графически на семействе статических выходных характеристик транзистора, то она будет иметь вид прямой линии. Для ее построения достаточно определить всего две принадлежащие ей точки (так как через две точки можно провести только одну прямую). Каждая точка должна быть задана двумя координатами: I K и U КЭ.
Задавшись конкретным значением одной из координат, определяют вторую координату, решая уравнение U КЭ =G K -I K R K . Прямая, построенная в соответствии с уравнением на семействе статических выходных характеристик, транзистора, называется нагрузочной прямой.
Нагрузочная прямая, показанная на рисунке (а), построена для случая, когда G K =10В и R К =200 Ом.

1-я точка: =0;U КЭ =G K —0R K =G K =10 В;
2-я точка: I K =30 мА; U КЭ =10—30-10^3-200=10—6=4 В.

Если в исходном режиме (режиме покоя) ток базы равен 2 мА, этот режим будет определяться точкой A, лежащей на нагрузочной прямой в месте пересечения ее со статической выходной характеристикой, полученной при I БО =2 мА. При этом I КО =20 мА; U КЭO =5,8 В. Если перенести точку A на семейство входных характеристик (рис., б), можно найти U БЭО. Оно равно 0,25 В.
При подаче на вход усилителя переменного напряжения с амплитудой 50 мВ (0,05 В) на оси напряжений входных характеристик относительно напряжения U БЭО =0,25 В откладывают по обе стороны отрезки, соответствующие напряжению 0,05 В, и из их концов восстанавливают перпендикуляры к оси U БЭ до пересечения со статической характеристикой, на которой расположена точка А, обозначающая режим покоя усилителя. В точках пересечения перпендикуляров с характеристикой проставляют буквы В и С. Таким образом, при поступлении на вход переменного напряжения режим работы будет уже определяться не точкой А, а ее перемещениями между точками В и С. При этом ток базы изменяется от 1 до 3 мА. Другими словами, переменное напряжение на входе усилителя приводит к появлению переменной составляющей в его входном токе — токе базы. В данном примере амплитуда переменной составляющей тока базы, как видно из рисунка, равна 1 мА.
Точки B и С можно перенести на семейство выходных характеристик. Они будут находиться в местах пересечения нагрузочной характеристики со статическими, полученными при токах базы, равных 1 и 3 мА. Из этого рисунка, видно, что в режиме с нагрузкой появилась переменная составляющая коллекторного напряжения. Иначе, коллекторное напряжение теперь не остается постоянным, а изменяется синхронно
с изменениями входного напряжения. Причем изменение коллекторного напряжения ΔU КЭ =7,5—4,3=3,2В оказывается больше изменения входного напряжения ΔU БЭ =0,3—0,2=0,1В в 32 раза; т. е. получено усиление входного напряжения в 32 раза.
Поскольку напряжение источника питания G K постоянное, изменение коллекторного напряжения равно изменению напряжения на резисторе коллекторной нагрузки, т. е.ΔU КЭ = ΔI К R К. Из этого выражения видно, что чем больше сопротивление резистора R К, тем сильнее изменяется на нем напряжение и тем больше будет усиление. Однако увеличивать сопротивление резистора R K можно лишь до некоторого предела, превышение которого может привести даже к снижению усиления и появлению больших искажений усиливаемого сигнала.
В усилителе, схема которого приведена на верхнем рисунке, режим работы транзистора определяется током базы, который устанавливается резистором R б. Режим работы транзистора можно также установить, подав на его эмиттерный переход напряжение с делителя R1R2.

Ток делителя I Д, протекающий через резисторы R1 и R2, вызывает на сопротивлении резистора R2 падение напряжения, которое подается на эмиттерный переход транзистора и смещает его в прямом направлении. Это напряжение определяется в основном соотношением сопротивлений резисторов R1,R2 и протекающим через них током I Д и почти не зависит от типа транзистора. Поэтому такую схему иногда называют схемой с фиксированным напряжением смещения.

Введение

Транзистор - это полупроводниковый электронный прибор, управляющий током в электрической цепи, за счёт изменения входного напряжения или тока. Но по сути это обычный выключатель, включающий и выключающий ток, на котором, кстати, и основан компьютерный код, где 1 означает то, что ток есть, а 0 его отсутствие. Изобретению этого устройства мы обязаны американской лаборатории Bell Labs, в которой Уильям Шокли, Джон Бардин и Уолтер Браттейн в далёком 1947 году создали его. Но как всегда и бывает с великими изобретениями, первоначально оно не было замечено общественностью, и только через 9 лет учёные получили Нобелевскую премию в области физики. Само же название “transistor” было придумано их коллегой Джоном Пирсом, который сложил его из 2 слов - “transfer” - переносить и “resistance” - сопротивление.

Первыми заметившими изобретение стали радиолюбители, использующие их для усиления сигнала. Почувствовав, что изобретение может принести прибыль, лаборатория решила продавать лицензии на использование транзисторных технологий. Успех не заставил себя долго ждать, и уже в 1956 году появился первый портативный радиоприёмник, что было раньше невозможно из-за использования громоздких ламп, а компактные транзисторы легко справлялись с этой задачей, что позволяло теперь всегда носить музыку с собой. Изобретения такого портативного устройства показало всю важность и востребованность новой технологии, что стало привлекать в эту сферу новые пытливые умы изобретателей. И через 2 года Джеком Килби и Робертом Нойсом был сделан гигантский шаг в развитии транзисторов, с помощью своей новой технологии они объединили их в одну микросхему. Этот революционный шаг познакомил Нойса с Гордоном Муром, с которым в 68-ом году он создает компанию Intel.

Именно микросхема, основанная на транзисторах, ознаменовала начало нового этапа в электронике, и именно она сделала возможным появление современных компьютеров. В 1965 году в одной из публикаций был сформулирован “закон Мура”, который говорил, что число транзисторов в микросхеме должно удваиваться с каждым годом. Этому закону постоянно предсказывают кончину, но вот уже больше сорока лет он продолжает работать. К примеру, в первом процессоре Intel 4004, выпущенном в 1971 году было 2300 транзисторов, а к 1989 году Intel 486 насчитывал их уже 1 200 000. Так, обходя на своём пути множество преград и постоянно совершенствуясь, последний процессор Intel Core 2 Extreme перевалил собой отметку в 820 000 000 транзисторов.

Таким образом, уже более шестидесяти лет одно маленькое изобретение продолжает двигать технологии вперёд, постоянно поднимая их на новый уровень. И уже, наверное, невозможно представить, как выглядел бы мир без этого маленького устройства.

Задание на курсовую работу

Определить узловые потенциалы в схеме. Построить передаточную характеристику схемы на участке база-коллектор транзистора) и нанести на нее рабочую точку. Обозначить на характеристике области работы транзистора.

Оценить расчетным путем основные малосигнальные параметры рассматриваемой схемы.

Определить по входным и выходным вольт-амперным характеристикам транзистора области работы усилителя без нелинейных искажений.

Построить принципиальную схему с узловыми потенциалами, передаточной, переходной, семейств входных и выходных вольт-амперных, амплитудно-частотной характеристик с помощью прикладной программы компьютерного моделирования и исследования электронных схем (Electronics Workbench, Multisim, Micro-Cap).

Сравнить результаты с полученными расчетным путем.

Рис.1

Табл.1 Исходные данные

			Тип транзистора

Параметры транзистора КТ3102Г.

Транзистор кремниевый, n-p-n структуры.

Табл.2 Параметры транзистора КТ3102Г

Обозначение	Значение	Параметр
		Статический коэффициент передачи тока биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером (приводится диапазон допустимых значений)
		Граничная частота усилителя
		Емкость коллекторного перехода (Cк) при напряжении на коллекторе (Uкб)
Uкэ.нас/(Iк/Iб),		Напряжение насыщения коллектор-эмиттер (Uкэ.нас) биполярного транзистора при заданном токе коллектора (Iк) и заданном токе базы (Iб)
Uбэ.нас/(Iк/Iб),		Напряжение насыщения коллектор-эмиттер (Uбэ.нас) биполярного транзистора при заданном токе коллектора (Iк) и заданном токе базы (Iб)
		Обратный ток коллектора
		Обратный ток эммитера
		Максимально допустимое постоянное напряжение эмиттер-база
		Максимально допустимое постоянное напряжение коллектор-эмиттер
		Максимально допустимый ток коллектора
		Максимально допустимая рассеиваемая мощность на коллекторе

Табл.3 Ряды номинальных значений параметров типовых радиоэлементов (ГОСТ 2825-67)

Индекс ряда	Числовые коэффициенты, умножаемые на 10

Так как в курсовой работе будет использоваться приложение Workbench 5.12, в котором отсутствует транзистор КТ3102Г, то вместо него будем использовать его зарубежный аналог BC109C, который схож с ним по параметрам. Поэтому расчетные значения могут отличаться от значений, полученных при использовании приложения Workbench.

Статический коэффициент усиления базового тока выбираем равным 500.

Так как транзистор кремниевый, то контактная разность обоих переходов равна - значение напряжения база-эмиттер. Так как - источник постоянного напряжения, то схему можно упростить, убрав все конденсаторы и ненужные резисторы. Также уберем из схемы источник переменного напряжения и получим схему изображенную на рис.2

Рис.2

Предположим, что транзистор находится в нормальной активной области. Учитывая, что рабочая точка находится в классе А, рассчитаем напряжение коллектора.

Для малосигнальных схем напряжение на Rэ составляет 5-30% напряжения Eк, поэтому выберем 10%.

Определим сопротивления и, для этого рассчитаем ток эмиттера, используя для этого коэффициент усиления эмиттерного тока, выраженного через коэффициент усиления базового тока:

По условию в=500, тогда

Аналогично рассчитаем базовый ток:

Получаем:

Если пренебречь током базы, то на участке А-В протекает ток равный отношению:

Из выражений (2) и (3) следует, что

Найдем сопротивление базы. Для этого нам понадобится коэффициент нестабильной рабочей точки каскада, выражаемый как:

Отсюда вычислим номинал сопротивления RБ, который так же равен параллельному соединению резисторов R1 и R2.

Решая систему из уравнений (4) и (5) найдем R2 и R1

Получаем:

Номинальные значения резисторов возьмем в соответствии с рядом Е24, тогда получим:

Задание 2

Рассмотрим узловые потенциалы в схеме. Построить передаточную характеристику схемы на участке база-коллектор транзистора) и нанести на нее рабочую точку. Обозначить на характеристике области работы транзистора.

Рассмотрим узловые потенциалы в схеме изображенной на рис.3.

Рис.3

Найдем разность потенциалов на эмиттере:

однокаскадный усилитель биполярный транзистор

Найдем разность потенциалов на базе:

Найдем разность потенциалов на коллекторе:

Получили узловые потенциалы:

Для построения передаточной характеристики воспользуемся приложением Workbench 5.12. Для того чтобы построить зависимость, нужно в схеме поставить два вольтметра: первый - для снятия потенциала базы, ставится между базой и “землей”, второй - для снятия потенциала коллектора, ставится между коллектором и “землей”. Так же для того, чтобы регулировать потенциал базы в схему вводят источник ЭДС подсоединенный к базе (Рис.4).

Рис.4

Рис.5

На передаточной характеристике (рис. 5) показана рабочая точка (РТ) соответствующая значениям:

Задание 3

Оценить расчетным путем основные малосигнальные параметры рассматриваемой схемы. А также при какой амплитуде входного сигнала в схеме возникнут нелинейные искажения.

Рис.6

Исходные данные:

Для транзистора сопротивление p-n перехода составляет:

Принимаем

Рассчитаем входное сопротивление в схеме с общим эмиттером:

Рассчитаем коэффициент усиления по току:

Найдем сопротивление, когда нагрузка включена параллельно с сопротивлением коллектора:

Рассчитаем коэффициент усиления по напряжению:

Рассчитаем коэффициент усиления по мощности:

Рассчитаем входное сопротивление схемы:

Рассчитаем выходное сопротивление схемы:

Рассчитаем:

Задание 4

Необходимо узнать при какой амплитуде входного сигнала в схеме возникнут нелинейные искажения. Амплитуда выходного сигнала не может быть больше, чем.

Найдем действующее значение амплитуды входного сигнала:

Построим выходные ВАХ транзистора - (берем из справочника в электронном виде) (Рис.7).

Рис.7

На выходных ВАХ транзистора нанесем рабочую точку, а так же нагрузочную прямую по постоянному (А-Б) и переменному току.

Нагрузочную прямую по постоянному току построим по двум крайним случаям.

Первый случай (А): транзистор полностью открыт

Второй случай (Б): транзистор полностью закрыт

Для того чтобы построить рабочую точку на ВАХ следует провести прямую на уровне до пересечения со статической нагрузочной прямой. Это пересечение и будет являться рабочей точкой.

Прямая по переменному току имеет наклон и проходит через рабочую точку. Так как масштаб оси OY в мили Амперах то полученное значение б надо умножить на 1000.

Задание 5

На основе сведений о нижней граничной частоте полосы пропускания усилителя с учетом данных о сопротивлениях нагрузки и источника сигнала определить емкости разделительных и блокировочного конденсаторов.

Учитывая, что

Найдем емкости разделительных (Cp1 и Cp2) и блокировочного (Сбл) конденсаторов.

При расчете постоянной времени ф для каждого из конденсаторов будем учитывать только данный конденсатор, считая, что другие конденсаторы заменяют соответствующие точки в схеме.

Получим следующие эквивалентные схемы для расчета постоянных времени.

Рис.8

Для начала рассчитаем постоянную времени для нижней частоты:

Примем, что все постоянные времени равны между собой:

Рассчитаем значения и, а также:

Получаем:

Номинальные значения резисторов возьмем в соответствии с рядом E24,тогда получаем:

Задание 6

Построить АЧХ и ФЧХ усилителя, по которым определить граничные частоты полосы пропускания усилителя.

Вычислим верхнюю граничную частоту полосы пропускания усилителя. Для этого нам понадобится параметр при.

Верхняя граничная частота любого усилительного каскада определяется по формуле (8).

Коэффициент G для каскада с общим эмиттером определяется по формуле (10).

Определим - среднее время жизни неосновных носителей заряда в базе:

Определим эквивалентную емкость коллекторного перехода:

Емкость перехода при нулевом смещении;

Контактная разность потенциалов, которая равна 0,7 В;

Напряжение на переходе.

Найдем ширину полосы пропускания:

Построим АЧХ и ФЧХ для однокаскадного усилителя. Для этого воспользуемся приложением Workbench 5.12. В схему надо добавить генератор импульсов (Function Generator), а так же надо подключить Bode Plotter в схему таким образом, чтобы вход его был подключен к одному из зажимов на входе схемы, а выход к одному из зажимов выхода схемы (Рис.9).

Рис.11

Заключение

В ходе проделанной курсовой работы произведены расчеты основных параметров однокаскадного усилителя BC109C. Определили сопротивления резисторов, входящих в схему, емкости разделительных Cp1 и Cp2 и блокировочного конденсатора Сбл. А также малосигнальные параметры схемы Kuo, Kio, Kp, Rвх, Rвых.

Список литературы

1) Гусев В.Г., Гусев М.Ю. Электроника. -М.: “Высшая школа”. 1991 -622с.: ил.

2)Рекус Г. Г., Чесноков В. Н. Лабораторные работы по электротехнике и основам электроники: Учеб. пособие для неэлектротехн. спец. вузов. - М.: Высш. шк., 1989. - 240 с.: ил.

3)Лачин В.И., Савелов Н.С. Электроника: Учеб. пособие. - Ростов н/Д изд-во «Феникс»,2000. - 448 с. Прикладное программное обеспечение: Electronic Workbench Pro Edition

Федеральное агентство по образованию РФ

Уфимский государственный авиационный технический университет

Кумертауский филиал

Кафедра ПА

Курсовая работа

По дисциплине "Электроника"

Выполнил: студент группы АТПП-304

Игнатьев И.А.

Проверил: преподаватель

Зимин Н.В.

Кумертау 2010 г.

Введение

1. Основные понятия

1.1 Усилитель

1.3 h-параметры биполярных транзисторов

1.4 Параметры транзистора П14

2. Расчёт параметров и описание принципиальной схемы устройства

2.1 Выбор рабочей точки

2.2 Определение коэффициентов усиления транзистора П 14

2.3 Рассчитаем входное и выходное сопротивления транзистора П 14

2.4 Расчёт элементов усилителя

2.5 Расчет емкостей конденсаторов

Заключение

Список используемой литературы

Введение

В данном курсовой работе произведен анализ различных схем термостабилизации. В процессе проектирования произвели аналитический расчёт усилителя и вариантов его исполнения.

В работе произведен расчет элементов однокаскадного усилителя по схеме с общей базой и рассчитать коэффициенты усиления по току, напряжению и мощности, входного и выходного сопротивления.

В результате расчета был разработан усилитель низкой частоты с заданными требованиями и номиналами элементов, который можно использовать для практического применения.

Полученные данные могут использоваться при создании реальных усилительных устройств.

1. Основные понятия

1.1 Усилитель

При решении многих инженерных задач, например при измерении электрических и неэлектрических величин, приеме радио сигналов, контроле и автоматизации технологических процессов, возникает необходимость в усилении электрических сигналов. Для этой цели служат усилители.

Усилитель - устройство, осуществляющее увеличение энергии управляющего сигнала за счет энергии вспомогательного источника. Входной сигнал является как бы шаблоном, в соответствии с которым регулируется поступление энергии от источника к потребителю.

В современных усилителях, широко применяемых в промышленной электронике, обычно используют биполярные и полевые транзисторы, а в последнее время - интегральные микросхемы. Усилители на микросхемах обладают высокой надежностью и экономичностью, большим быстродействием, имеют чрезвычайно малые массу и размеры, высокую чувствительность. Они позволяют усиливать очень слабые электрические сигналы.

Упрощенно усилитель (усилительный каскад) можно представить в виде блок-схемы (рис.1.):

Данный усилитель содержит нелинейный управляемый элемент, как правило биполярный или полевой транзистор, потребитель и источник электрической энергии. Усилительный каскад имеет входную цепь, к которой подводится входное напряжение (усиливаемый сигнал), и выходную цепь для получения выходного напряжения (у си ленный сигнал). Усиленный сигнал имеет значительно большую мощность по сравнению с входным сигналом. Увеличение мощности сигнала происходит за счет источника электрической энергии. Процесс усиления осуществляется посредством изменения сопротивления нелинейного управляемого элемента, а следовательно, и тока в выходной цепи, под воздействием входного напряжения или тока. Выходное напряжение снимается с управляемого или потребителя. Таким образом, усиление основано на преобразовании электрической энергии источника постоянной ЭДС в энергию выходного сигнала за счет изменения сопротивления управляемого элемента по закону задаваемому входным сигналом.

Основными параметрами усилительного каскада являются коэффициент усиления по напряжению Ku= U вых / U вх, коэффициент усиления по току К I = I вых / I вх и коэффициент усиления по мощности

Обычно в усилительных каскадах все три коэффициента усиления значительно больше единицы. Однако в некоторых усилительных каскадах один из двух коэффициентов усиления может быть меньше единицы, т.е. К U <1 или К I <1. Но в любом случае коэффициент усиления по мощности больше единицы.

В зависимости от того, какой параметр входного сигнала (напряжение, ток или мощность) требуется увеличить с помощью усилительного каскада, различают усилительные каскады напряжения, тока и мощности. Усилительный каскад напряжения имеет коэффициент усиления, как правило, равный нескольким десяткам. В инженерной практике очень часто необходимо получить значительно больший коэффициент усиления по напряжению, достигающий нескольких тысяч и даже миллионов. Для решения такой задачи используют многокаскадные усилители, в которых каждый последующий каскад подключен к выходу предыдущего.

В зависимости от вида подлежащих усилению сигналов усилители делятся:

1. Усилители гармонических сигналов

(звуковые сигналы вида U (t) =U O +∑Ui*cos (ωt+φ);

2. Усилители импульсных сигналов.

3. Усилители постоянного и переменного тока.

4. Усилители низкой и высокой частоты (20Гц - 20КГц).

5. Усилители высокой частоты.

6. Узкополосные и широкополосные усилители.

7. Избирательные усилители.

8. Апериодические усилители.

Способы соединения (связи) каскадов зависят от многокаскадного усилителя. Так, в усилителях постоянного тока вход последующего каскада подсоединяют к выходу предыдущего каскада непосредственно или с помощью резисторов. Такие усилители называют усилителями с непосредственной или резистивной связью .

усилитель конденсатор однокаскадный термостабилизация

В усилителях переменного напряжения (УВЧ, УНЧ и ТИПУ) для связи каскадов чаще всего используют конденсаторы и резисторы. Такие усилители называют усилителями с резистивно-емкостными связями.

В избирательных усилителях, в усилителях мощности для связи каскадов между собой и для связи усилительного каскада с нагрузочным устройством иногда используют трансформаторы. Такие усилители называют усилителями с трансформаторной связью.

Конденсаторы и трансформаторы в усилителях переменного напряжения служат для отделения переменной составляющей напряжения (выходного) от постоянной составляющей напряжения на нелинейном управляемом элементе, возникающей от постоянной составляющей тока, создаваемой источником постоянной ЭДС.

По способу включения усилительного элемента различают три основных типа усилительных каскадов как на биполярных, так и на полевых транзисторах.

Одним из наиболее распространенных усилительных каскадов на биполярных транзисторах является каскад с общим эмиттером (каскад ОЭ).

Схема усилительного каскада транзистора n-p-nтипа с ОЭ представлена на рис.2.

Uвх, которое необходимо усилить, подается от источника колебаний на участок База-Эмиттер. На Базу также подано положительное смещение от источника Е1, которое является прямым напряжением эмиттерного перехода.

В цепи базы протекает ток, следовательно, входное сопротивление транзистора является небольшим.

Чтобы не происходила потеря части входного переменного напряжения, внутреннее сопротивление источника Е1 шунтируется конденсатором. Он на низкой частоте должен иметь сопротивление во много раз меньшее входного сопротивления транзистора.

Цепь коллектора питается от источника Е2. Напряжение источника современных усилительных каскадов на биполярных транзисторах составляет обычно 10 - 30 В.

Для получения усиленного выходного напряжения в нее включают сопротивление нагрузки.

Работа усилительного каскада происходит следующим образом. Представим коллекторную цепь в виде эквивалентной цепи (рис.3.).

Напряжение источника Е2 делится между Rн и внутренним сопротивлением транзистора го, которое он оказывает постоянному ток коллектора.

Внутреннее сопротивление транзистора примерно равно сопротивлению коллекторного перехода для постоянного тока:

Если во входную цепь включить источник колебаний, то при изменении его

напряжения изменяется ток эмиттера. Это вызывает изменение r ко, что приводит к перераспределению напряжения источника Е2 между R o и r ко. При этом переменное напряжение на нагрузке может быть получено в десятки раз больше, чем входное.

Изменение тока коллектора примерно равно изменению тока эмиттера и во много раз больше изменения тока базы, поэтому в рассматриваемой схеме получают значительное усиление тока и очень большое усиление мощности.

1.2 Усилители на биполярных транзисторах

В усилителях на биполярных транзисторах используется три схемы подключения транзистора: с общей базой (рис.4;

7), с общим эмиттером (рис.5;

8), с общим коллектором (рис.6;

Рис.4 Рис.5 Рис.6

Рис.7 Рис.8 Рис.9

На рисунках 4-6 показаны схемы включения транзисторов с питанием входных и выходных цепей от отдельных источников питания, а на рисунках 7 - 8 - с питанием входных и выходных цепей транзистора от одного источника постоянного напряжения.

Усилители в схеме включения транзистора с общей базой характеризуются усилением по напряжению, отсутствием усиления по току, малым входным сопротивлением и большим выходным сопротивлением.