1/2. oldal

A tranzisztoros erősítő működési elve azon a tényen alapul, hogy a tranzisztor bemeneti áramkörének kis feszültség- vagy áramváltozásaival sokkal nagyobb feszültség- vagy áramváltozások érhetők el a kimeneti áramkörében.
Az emitter átmenet feszültségének megváltoztatása megváltoztatja a tranzisztor áramait. A tranzisztornak ezt a tulajdonságát elektromos jelek erősítésére használják.
A bemeneti jelek hatására bekövetkező kollektoráram-változások változó feszültséggé alakításához a tranzisztor kollektoráramkörébe terhelést kell beépíteni. A terhelés általában egy ellenállás ill oszcillációs áramkör. Ezenkívül a tranzisztor alapja és emittere közötti váltakozó elektromos jelek erősítésekor be kell kapcsolni egy állandó feszültségű forrást, amelyet általában előfeszítő forrásnak neveznek, és ezzel beállítják a tranzisztor működési módját. Ezt az üzemmódot az emitter, a kollektor és a bázis egyes egyenáramainak bemeneti elektromos jelének hiányában az elektródáin keresztül történő áramlás jellemzi. Kiegészítő forrás használatával a teljes készülék méretei, tömege nő, a tervezés bonyolultabbá válik, két forrás drágább egynél. Ugyanakkor meg lehet boldogulni egy forrással, amely a tranzisztor kollektoráramkörét táplálja. Egy ilyen erősítő áramkör látható az ábrán.

Ebben az áramkörben az erősítő terhelése az R K ellenállás, és az R b ellenállás segítségével beállítjuk a tranzisztor szükséges bázisáramát. Ha beállítjuk a tranzisztor működési módját (gyakran mondják, hogy a működési pont a tranzisztor jellemzőire van beállítva), akkor ismertté válik az U BE bázisáram és feszültség, valamint az ezt biztosító R b ellenállás ellenállása. Az áramerősség a következő képlettel határozható meg:
R b \u003d (G K -U BE) / I B.
Mivel az U BE általában nem több, mint 0,2 ... 0,3 V a germánium tranzisztoroknál és 0,6 ... 0,8 V a szilícium tranzisztoroknál, és a G K feszültséget mértékegységekben vagy akár több tíz voltban mérik, akkor U BE<és írhatod:
R b ≈G K / I B.
A kifejezésekből következik, hogy a VT tranzisztor típusától függetlenül az alapáram állandó lesz: I B \u003d G K / R b. Ezért ezt a sémát az ún közös emitteres (CE) áramkörökés fix alapáram.
A tranzisztor működési módját az erősítő fokozatban, elektródáinak állandó áramain és feszültségein, kezdeti vagy nyugalmi üzemmódnak nevezzük.
A terhelés felvétele a tranzisztor kollektoráramkörébe az I K R K szorzattal egyenlő feszültségeséshez vezet a terhelési ellenálláson.
Ennek eredményeként a tranzisztor Uke kollektora és emittere között ható feszültség kisebbnek bizonyul, mint az áramforrás G K feszültsége a terhelési ellenálláson átívelő feszültségesés mértékével, azaz:
U KE \u003d G K -I K R K.
Ha ez a függőség grafikusan megjelenik egy tranzisztor statikus kimeneti jellemzőinek családján, akkor egyenes vonalnak fog kinézni. Megalkotásához elegendő csak két hozzá tartozó pontot meghatározni (mivel két ponton keresztül csak egy egyenes húzható). Minden ponthoz két koordinátát kell megadni: I K és U KE.
Adott az egyik koordináta adott értéke, a második koordinátát az U KE =G K -I K R K egyenlet megoldásával határozzuk meg. A statikus kimeneti jellemzők családjára, egy tranzisztorra vonatkozó egyenletnek megfelelően megszerkesztett egyenest terhelési egyenesnek nevezzük.
Az (a) ábrán látható terhelési vonal arra az esetre készült, amikor G K = 10 V és R K = 200 Ohm.

1. pont: \u003d 0; U KE \u003d G K -0R K \u003d G K = 10 V;
2. pont: I K =30 mA; U KE \u003d 10-30-10 ^ 3-200 \u003d 10-6 \u003d 4 V.

Ha a kezdeti üzemmódban (nyugalmi üzemmódban) az alapáram 2 mA, ezt az üzemmódot az A pont határozza meg, amely a terhelési egyenesen fekszik annak metszéspontjában az I BO = 2 mA statikus kimeneti karakterisztikával. . Ebben az esetben I KO =20 mA; U KEO = 5,8 V. Ha az A pontot átvisszük a bemeneti jellemzők családjába (b. ábra), akkor U BEO-t találhatunk. Ez egyenlő 0,25 V-tal.
Ha az erősítő bemenetére 50 mV (0,05 V) amplitúdójú váltakozó feszültséget kapcsolunk, a bemeneti jellemzők feszültségtengelyén az U BEO feszültséghez viszonyítva 0,25 V, a 0,05 V feszültségnek megfelelő szegmensek mindkét oldalra lefektetjük, és a végüktől merőlegeseket állítunk vissza a BE U tengelyére, amíg az nem metszi a statikus karakterisztikát, amelyen az A pont található, jelezve az erősítő nyugalmi üzemmódját. A merőlegesek metszéspontjaiban a karakterisztikával a B és C betűk lekerülnek, így ha váltakozó feszültséget kapcsolunk a bemenetre, az üzemmódot már nem az A pont, hanem annak pontok közötti mozgása határozza meg. B és C. Ebben az esetben az alapáram 1 és 3 mA között változik. Más szavakkal, az erősítő bemenetén lévő váltakozó feszültség egy váltakozó komponens megjelenéséhez vezet a bemeneti áramban - az alapáramban. Ebben a példában az alapáram változó komponensének amplitúdója, amint az az ábráról is látható, 1 mA.
A B és C pont átvihető a kimeneti jellemzők családjába. A terhelési karakterisztika metszéspontjában helyezkednek el az 1 és 3 mA bázisáramok mellett kapott statikus karakterisztikákkal. Ezen az ábrán látható, hogy a terhelési üzemmódban a kollektorfeszültség változó összetevője jelent meg. Ellenkező esetben a kollektor feszültsége most nem marad állandó, hanem szinkronban változik
bemeneti feszültség változással. Ezenkívül a kollektorfeszültség ΔU KE =7,5-4,3=3,2 V változása 32-szer nagyobb, mint a ΔU BE =0,3-0,2=0,1 V bemeneti feszültség változása; azaz 32-szeres bemeneti feszültségerősítést kaptunk.
Mivel a G K tápegység feszültsége állandó, a kollektor feszültségének változása megegyezik a kollektor terhelő ellenállásán bekövetkező feszültség változásával, azaz minél nagyobb az erősítés. Az R K ellenállás ellenállását azonban csak egy bizonyos határig lehet növelni, aminek túllépése akár az erősítés csökkenéséhez és az erősített jel nagy torzulásainak megjelenéséhez is vezethet.
Az erősítőben, amelynek áramköre a felső ábrán látható, a tranzisztor működési módját az alapáram határozza meg, amelyet az R b ellenállás állít be. A tranzisztor működési módja úgy is beállítható, hogy az R1R2 osztóról feszültséget adunk az emitter átmenetére.

Az R1 és R2 ellenállásokon átfolyó I D osztóáram feszültségesést okoz az R2 ellenálláson, amely a tranzisztor emitter csomópontjára kerül, és azt előre előfeszíti. Ezt a feszültséget elsősorban az R1, R2 ellenállások ellenállásának és a rajtuk átfolyó I D áramnak az aránya határozza meg, és szinte független a tranzisztor típusától. Ezért az ilyen áramkört néha rögzített előfeszítő áramkörnek nevezik.

Előző oldal – Következő oldal

A bipoláris tranzisztorokon alapuló erősítőkben három tranzisztor csatlakozási sémát használnak: közös, közös emitterrel, közös kollektorral.

A közös emitterrel rendelkező tranzisztor kapcsolóáramkörében az erősítő feszültség-, áram- és teljesítményerősítést biztosít. Egy ilyen erősítő átlagos bemeneti és kimeneti ellenállással rendelkezik a közös alappal és közös kollektorral rendelkező kapcsolóáramkörökhöz képest.

A tranzisztor paraméterei nagymértékben függenek a hőmérséklettől. A környezeti hőmérséklet változása a tranzisztor működési módjának megváltozásához vezet egy egyszerű erősítő áramkörben, amikor a közös emitteres tranzisztor be van kapcsolva.

A tranzisztor működési módjának a hőmérséklet változása esetén történő stabilizálására a tranzisztor működési módjára vonatkozó emitter stabilizációs sémákat használnak.

Az 5.14. és 5.15. ábrák n-p-n és p-n-p bipoláris tranzisztorokon alapuló egyfokozatú erősítők áramköreit mutatják be, a tranzisztor működési módjának emitter hőmérséklet-stabilizálásával.

Kövesse nyomon azokat az áramköröket, amelyeken keresztül egyenáramok folyik az erősítőben az 5.14. ábra sémája szerint. A feszültségosztó egyenárama átfolyik az áramkörön: plusz az áramforrás, az R1, R2 ellenállások, mínusz az áramforrás. A VT1 tranzisztor bázisának állandó árama átfolyik az áramkörön: plusz az áramforrás, az R1 ellenállás, a VT1 tranzisztor bázis-emitter csomópontja, az Re ellenállás, az áramforrás mínusza. A VT1 tranzisztor kollektorának egyenárama átfolyik az áramkörön: plusz az áramforrás, az RK ellenállás, a tranzisztor kollektor-emitter kivezetései, az Re ellenállás, az áramforrás mínusza. Az erősítőben lévő bipoláris tranzisztor olyan üzemmódban működik, ahol a bázis-emitter átmenet előre előfeszített, a bázis-kollektor átmenet pedig fordított előfeszítésű. Ezért az R2 ellenálláson lévő állandó feszültség egyenlő lesz a VT1 tranzisztor bázis-emitter csomópontjában fellépő feszültség és az Re:UR2=Ube+URe ellenálláson lévő feszültség összegével. Ebből következik, hogy az állandó feszültség az alap-emitter csomópontnál egyenlő lesz Ube \u003d UR2 - Ure.

1/2. oldal

A tranzisztoros erősítő működési elve azon a tényen alapul, hogy a tranzisztor bemeneti áramkörének kis feszültség- vagy áramváltozásaival sokkal nagyobb feszültség- vagy áramváltozások érhetők el a kimeneti áramkörében.
Az emitter átmenet feszültségének megváltoztatása megváltoztatja a tranzisztor áramait. A tranzisztornak ezt a tulajdonságát elektromos jelek erősítésére használják.
A bemeneti jelek hatására bekövetkező kollektoráram-változások változó feszültséggé alakításához a tranzisztor kollektoráramkörébe terhelést kell beépíteni. A terhelés leggyakrabban egy ellenállás vagy egy oszcilláló áramkör. Ezenkívül a tranzisztor alapja és emittere közötti váltakozó elektromos jelek erősítésekor be kell kapcsolni egy állandó feszültségű forrást, amelyet általában előfeszítő forrásnak neveznek, és ezzel beállítják a tranzisztor működési módját. Ezt az üzemmódot az emitter, a kollektor és a bázis egyes egyenáramainak bemeneti elektromos jelének hiányában az elektródáin keresztül történő áramlás jellemzi. Kiegészítő forrás használatával a teljes készülék méretei, tömege nő, a tervezés bonyolultabbá válik, két forrás drágább egynél. Ugyanakkor meg lehet boldogulni egy forrással, amely a tranzisztor kollektoráramkörét táplálja. Egy ilyen erősítő áramkör látható az ábrán.

Ebben az áramkörben az erősítő terhelése az R K ellenállás, és az R b ellenállás segítségével beállítjuk a tranzisztor szükséges bázisáramát. Ha beállítjuk a tranzisztor működési módját (gyakran mondják, hogy a működési pont a tranzisztor jellemzőire van beállítva), akkor ismertté válik az U BE bázisáram és feszültség, valamint az ezt biztosító R b ellenállás ellenállása. Az áramerősség a következő képlettel határozható meg:
R b \u003d (G K -U BE) / I B.
Mivel az U BE általában nem több, mint 0,2 ... 0,3 V a germánium tranzisztoroknál és 0,6 ... 0,8 V a szilícium tranzisztoroknál, és a G K feszültséget mértékegységekben vagy akár több tíz voltban mérik, akkor U BE<és írhatod:
R b ≈G K / I B.
A kifejezésekből következik, hogy a VT tranzisztor típusától függetlenül az alapáram állandó lesz: I B \u003d G K / R b. Ezért ezt a sémát az ún közös emitteres (CE) áramkörökés fix alapáram.
A tranzisztor működési módját az erősítő fokozatban, elektródáinak állandó áramain és feszültségein, kezdeti vagy nyugalmi üzemmódnak nevezzük.
A terhelés felvétele a tranzisztor kollektoráramkörébe az I K R K szorzattal egyenlő feszültségeséshez vezet a terhelési ellenálláson.
Ennek eredményeként a tranzisztor Uke kollektora és emittere között ható feszültség kisebbnek bizonyul, mint az áramforrás G K feszültsége a terhelési ellenálláson átívelő feszültségesés mértékével, azaz:
U KE \u003d G K -I K R K.
Ha ez a függőség grafikusan megjelenik egy tranzisztor statikus kimeneti jellemzőinek családján, akkor egyenes vonalnak fog kinézni. Megalkotásához elegendő csak két hozzá tartozó pontot meghatározni (mivel két ponton keresztül csak egy egyenes húzható). Minden ponthoz két koordinátát kell megadni: I K és U KE.
Adott az egyik koordináta adott értéke, a második koordinátát az U KE =G K -I K R K egyenlet megoldásával határozzuk meg. A statikus kimeneti jellemzők családjára, egy tranzisztorra vonatkozó egyenletnek megfelelően megszerkesztett egyenest terhelési egyenesnek nevezzük.
Az (a) ábrán látható terhelési vonal arra az esetre készült, amikor G K = 10 V és R K = 200 Ohm.

1. pont: \u003d 0; U KE \u003d G K -0R K \u003d G K = 10 V;
2. pont: I K =30 mA; U KE \u003d 10-30-10 ^ 3-200 \u003d 10-6 \u003d 4 V.

Ha a kezdeti üzemmódban (nyugalmi üzemmódban) az alapáram 2 mA, ezt az üzemmódot az A pont határozza meg, amely a terhelési egyenesen fekszik annak metszéspontjában az I BO = 2 mA statikus kimeneti karakterisztikával. . Ebben az esetben I KO =20 mA; U KEO = 5,8 V. Ha az A pontot átvisszük a bemeneti jellemzők családjába (b. ábra), akkor U BEO-t találhatunk. Ez egyenlő 0,25 V-tal.
Ha az erősítő bemenetére 50 mV (0,05 V) amplitúdójú váltakozó feszültséget kapcsolunk, a bemeneti jellemzők feszültségtengelyén az U BEO feszültséghez viszonyítva 0,25 V, a 0,05 V feszültségnek megfelelő szegmensek mindkét oldalra lefektetjük, és a végüktől merőlegeseket állítunk vissza a BE U tengelyére, amíg az nem metszi a statikus karakterisztikát, amelyen az A pont található, jelezve az erősítő nyugalmi üzemmódját. A merőlegesek metszéspontjaiban a karakterisztikával a B és C betűk lekerülnek, így ha váltakozó feszültséget kapcsolunk a bemenetre, az üzemmódot már nem az A pont, hanem annak pontok közötti mozgása határozza meg. B és C. Ebben az esetben az alapáram 1 és 3 mA között változik. Más szavakkal, az erősítő bemenetén lévő váltakozó feszültség egy váltakozó komponens megjelenéséhez vezet a bemeneti áramban - az alapáramban. Ebben a példában az alapáram változó komponensének amplitúdója, amint az az ábráról is látható, 1 mA.
A B és C pont átvihető a kimeneti jellemzők családjába. A terhelési karakterisztika metszéspontjában helyezkednek el az 1 és 3 mA bázisáramok mellett kapott statikus karakterisztikákkal. Ezen az ábrán látható, hogy a terhelési üzemmódban a kollektorfeszültség változó összetevője jelent meg. Ellenkező esetben a kollektor feszültsége most nem marad állandó, hanem szinkronban változik
bemeneti feszültség változással. Ezenkívül a kollektorfeszültség ΔU KE =7,5-4,3=3,2 V változása 32-szer nagyobb, mint a ΔU BE =0,3-0,2=0,1 V bemeneti feszültség változása; azaz 32-szeres bemeneti feszültségerősítést kaptunk.
Mivel a G K tápegység feszültsége állandó, a kollektor feszültségének változása megegyezik a kollektor terhelő ellenállásán bekövetkező feszültség változásával, azaz minél nagyobb az erősítés. Az R K ellenállás ellenállását azonban csak egy bizonyos határig lehet növelni, aminek túllépése akár az erősítés csökkenéséhez és az erősített jel nagy torzulásainak megjelenéséhez is vezethet.
Az erősítőben, amelynek áramköre a felső ábrán látható, a tranzisztor működési módját az alapáram határozza meg, amelyet az R b ellenállás állít be. A tranzisztor működési módja úgy is beállítható, hogy az R1R2 osztóról feszültséget adunk az emitter átmenetére.

Az R1 és R2 ellenállásokon átfolyó I D osztóáram feszültségesést okoz az R2 ellenálláson, amely a tranzisztor emitter csomópontjára kerül, és azt előre előfeszíti. Ezt a feszültséget elsősorban az R1, R2 ellenállások ellenállásának és a rajtuk átfolyó I D áramnak az aránya határozza meg, és szinte független a tranzisztor típusától. Ezért az ilyen áramkört néha rögzített előfeszítő áramkörnek nevezik.

Bevezetés

A tranzisztor egy félvezető elektronikus eszköz, amely a bemeneti feszültség vagy áram megváltoztatásával szabályozza az áramkör áramát. De valójában ez egy közönséges kapcsoló, amely be- és kikapcsolja az áramot, amelyen egyébként a számítógép kódja alapul, ahol az 1 azt jelenti, hogy van áram, a 0 pedig a hiányát. Ennek a készüléknek a feltalálását az amerikai Bell Labs laboratóriumnak köszönhetjük, amelyben William Shockley, John Bardeen és Walter Brattain még 1947-ben megalkotta. De mint mindig a nagy találmányok esetében, kezdetben a közvélemény nem vette észre, és csak 9 év után kapták meg a tudósok a fizikai Nobel-díjat. A „tranzisztor” elnevezést kollégájuk, John Pierce találta ki, aki két szóból – „transzfer” – transzferre és „ellenállás” – ellenállásra kombinálta.

A találmányt először rádióamatőrök vették észre, akik a jel erősítésére használják őket. Érezve, hogy a találmány nyereséges lehet, a laboratórium úgy döntött, hogy eladja a tranzisztoros technológia használatára vonatkozó licenceket. A siker nem sokáig váratott magára, és már 1956-ban megjelent az első hordozható rádió, amely korábban lehetetlen volt a terjedelmes lámpák használata miatt, és a kompakt tranzisztorok könnyen megbirkózottak ezzel a feladattal, ami most lehetővé tette, hogy mindig magával vigye a zenét. Egy ilyen hordozható eszköz feltalálása megmutatta az új technológia fontosságát és relevanciáját, amely a feltalálók új érdeklődő elméit vonzotta erre a területre. 2 év elteltével pedig Jack Kilby és Robert Noyce óriási lépést tett a tranzisztorok fejlesztésében, új technológiájuk segítségével egyetlen chipbe egyesítették őket. Ez a forradalmi lépés bemutatta Noyce-t Gordon Moore-nak, akivel 1968-ban létrehozta az Intelt.

A tranzisztorokra épülő mikroáramkör volt az, amely egy új korszak kezdetét jelentette az elektronikában, és ő tette lehetővé a modern számítógépek megjelenését. 1965-ben az egyik publikációban megfogalmazták Moore törvényét, amely szerint a tranzisztorok számának egy mikroáramkörben évente meg kell duplázódnia. Ennek a törvénynek állandóan a halálát jósolják, de több mint negyven éve továbbra is működik. Például az első, 1971-ben kiadott Intel 4004 processzorban 2300 tranzisztor volt, 1989-re pedig az Intel 486-ban már 1 200 000. Így számos akadályt megkerülve és folyamatosan fejlődve az utolsó Intel Core 2 Extreme processzor meghaladta a 820 000 000 tranzisztoros határt.

Így már több mint hatvan éve egy kis találmány folytatta a technológia előremozdítását, folyamatosan új szintre emelve azt. És már most valószínűleg elképzelhetetlen, hogyan nézne ki a világ e kis eszköz nélkül.

Feladat szakdolgozathoz

Határozza meg a csomóponti potenciálokat az áramkörben. Szerkessze meg az áramkör átviteli karakterisztikáját a tranzisztor alap-kollektor szakaszában), és ábrázolja rajta a működési pontot! Jelölje meg a tranzisztor működési területének jellemzőit.

Számítással becsülje meg a vizsgált áramkör fő alacsony jelű paramétereit.

Határozza meg az erősítő működési területét nemlineáris torzítások nélkül a tranzisztor bemeneti és kimeneti áram-feszültség jellemzőiből.

Készítsen kapcsolási rajzot a csomóponti potenciálokkal, átvitellel, tranzienssel, bemeneti és kimeneti áram-feszültség családokkal, amplitúdó-frekvencia karakterisztikával az elektronikus áramkörök számítógépes szimulációjára és kutatására szolgáló alkalmazási program segítségével (Electronics Workbench, Multisim, Micro-Cap).

Hasonlítsa össze az eredményeket a számítással kapott eredményekkel.

1. ábra

1. táblázat Kiindulási adatok

			tranzisztor típus

A KT3102G tranzisztor paraméterei.

Szilícium tranzisztor, n-p-n szerkezet.

2. táblázat: A KT3102G tranzisztor paraméterei

Kijelölés	Jelentése	Paraméter
		Bipoláris tranzisztor statikus áramátviteli tényezője egy közös emitterrel rendelkező áramkörben (a megengedett értékek tartománya megadva)
		Erősítő vágási frekvenciája
		A kollektor csatlakozási kapacitása (Ck) a kollektor feszültségén (Ukb)
Uke.us / (Ik / Ib),		Bipoláris tranzisztor kollektor-emitter telítési feszültsége (Uke.nas) adott kollektoráram (Ik) és adott bázisáram (Ib) mellett
Ube.us / (Ik / Ib),		Bipoláris tranzisztor kollektor-emitter telítési feszültsége (Ube.nas) adott kollektoráram (Ik) és adott bázisáram (Ib) mellett
		Kollektor fordított áram
		Fordított emitter áram
		Maximális megengedett állandó feszültségű emitter-bázis
		Maximális megengedett kollektor-emitter egyenfeszültség
		Maximális megengedett kollektoráram
		Maximális megengedhető teljesítményveszteség a kollektoron

3. táblázat A tipikus rádióelemek paramétereinek névleges értékeinek sorai (GOST 2825-67)

Sorindex	Numerikus együtthatók szorozva 10-zel

Mivel a kurzusmunkában a Workbench 5.12 alkalmazást használjuk, amely nem rendelkezik KT3102G tranzisztorral, ezért helyette a hozzá paramétereiben hasonló, külföldi analógját, a BC109C-t használjuk. Ezért a számított értékek eltérhetnek a Workbench alkalmazással kapott értékektől.

A statikus alapáram-erősítés 500-ra van állítva.

Mivel a tranzisztor szilícium, mindkét csomópont érintkezési különbsége - az alap-emitter feszültség értéke. Mivel ez egy állandó feszültségforrás, az áramkör egyszerűsíthető az összes kondenzátor és a felesleges ellenállás eltávolításával. Az AC feszültségforrást is eltávolítjuk az áramkörből, és a 2. ábrán látható áramkört kapjuk

2. ábra

Tegyük fel, hogy a tranzisztor a normál aktív tartományban van. Tekintettel arra, hogy a működési pont az A osztályba tartozik, kiszámítjuk a kollektor feszültségét.

Kisjelű áramköröknél a Re feszültsége az Ek feszültség 5-30%-a, ezért 10%-ot választunk.

Meghatározzuk az ellenállásokat, és ehhez kiszámítjuk az emitteráramot, ehhez felhasználva az emitteráram erősítését, az alapáram erősítésében kifejezve:

Az = 500-nál lévő feltétel szerint akkor

Hasonlóképpen kiszámítjuk az alapáramot:

Kapunk:

Ha figyelmen kívül hagyjuk az alapáramot, akkor az A-B szakaszban egy áram folyik, amely megegyezik az aránnyal:

A (2) és (3) kifejezésből az következik

Keresse meg az alap ellenállását. Ehhez szükségünk van a kaszkád instabil működési pontjának tényezőjére, amelyet a következőképpen fejezünk ki:

Innen számítjuk ki az RB ellenállásértéket, amely megegyezik az R1 és R2 ellenállások párhuzamos kapcsolásával is.

A rendszert a (4) és (5) egyenletekből megoldva R2 és R1 értéket találunk

Kapunk:

Az ellenállások névleges értékeit vesszük az E24 sorozatnak megfelelően, majd kapjuk:

2. feladat

Tekintsük az áramkör csomóponti potenciálját. Szerkessze meg az áramkör átviteli karakterisztikáját a tranzisztor alap-kollektor szakaszában), és ábrázolja rajta a működési pontot! Jelölje meg a tranzisztor működési területének jellemzőit.

Tekintsük a csomóponti potenciálokat a 3. ábrán látható áramkörben.

3. ábra

Keresse meg a potenciálkülönbséget az emitternél:

egyfokozatú erősítő bipoláris tranzisztor

Keressük meg a potenciálkülönbséget az alapon:

Keresse meg a potenciálkülönbséget a kollektor között:

Megszerzett csomóponti potenciálok:

Az átviteli karakterisztika felépítéséhez a Workbench 5.12 alkalmazást fogjuk használni. A függőség kialakításához két voltmérőt kell az áramkörbe helyezni: az elsőt - az alappotenciál eltávolítására - az alap és a "föld" közé kell helyezni, a másodikat - a kollektorpotenciál eltávolítására - a gyűjtő és a "föld". Ezenkívül az alap potenciáljának szabályozása érdekében az alaphoz csatlakoztatott EMF-forrást vezetnek be az áramkörbe (4. ábra).

4. ábra

5. ábra

Az átviteli karakterisztika (5. ábra) az értékeknek megfelelő működési pontot (PT) mutatja:

3. feladat

Számítással becsülje meg a vizsgált áramkör fő alacsony jelű paramétereit. És azt is, hogy az áramkörben a bemeneti jel mekkora amplitúdóján lesznek nemlineáris torzítások.

6. ábra

Kiinduló adatok:

Tranzisztor esetén a p-n átmenet ellenállása:

Elfogad

Számítsuk ki a bemeneti impedanciát az áramkörben egy közös emitterrel:

Számítsa ki az aktuális nyereséget:

Keresse meg az ellenállást, ha a terhelés párhuzamosan van csatlakoztatva a kollektor ellenállásával:

Számítsa ki a feszültségerősítést:

Számítsa ki a teljesítményerősítést:

Számítsa ki az áramkör bemeneti impedanciáját:

Számítsa ki az áramkör kimeneti impedanciáját:

Számoljunk:

4. feladat

Meg kell találni, hogy az áramkörben a bemeneti jel mekkora amplitúdóján lépnek fel nemlineáris torzítások. A kimeneti jel amplitúdója nem lehet nagyobb, mint.

Keresse meg a bemeneti jel amplitúdójának effektív értékét:

Építsük meg a tranzisztor kimeneti I–V karakterisztikáját - (a kézikönyvből vettük elektronikus formában) (7. ábra).

7. ábra

A tranzisztor kimeneti I-V karakterisztikáján alkalmazzuk a működési pontot, valamint az egyenáram (A-B) és a váltakozó áram terhelési vonalát.

Az egyenáramú terhelési vonalat két szélső esetben készítjük el.

Első eset (A): a tranzisztor teljesen nyitva van

Második eset (B): a tranzisztor teljesen zárt

Ahhoz, hogy az I–V karakterisztikára munkapontot építsünk, a szinten egyenes vonalat kell húzni, amíg az nem metszi a statikus terhelési egyenest. Ez a kereszteződés lesz a munkapont.

A váltakozó áram egyenes vonalának lejtése van, és áthalad a működési ponton. Mivel az OY tengely skálája mérföld Amperben van, a kapott b értéket meg kell szorozni 1000-rel.

5. feladat

Az erősítő sávszélességének alsó határfrekvenciájára vonatkozó információk alapján, figyelembe véve a terhelési ellenállásra és a jelforrásra vonatkozó adatokat, határozza meg a leválasztó és blokkoló kondenzátorok kapacitását.

Tekintettel arra

Határozzuk meg az elválasztó (Cp1 és Cp2) és blokkoló (Cbl) kondenzátorok kapacitását.

Az egyes kondenzátorok φ időállandójának kiszámításakor csak ezt a kondenzátort vesszük figyelembe, feltételezve, hogy más kondenzátorok helyettesítik az áramkör megfelelő pontjait.

Az időállandók kiszámításához a következő egyenértékű áramköröket kapjuk.

8. ábra

Először kiszámítjuk az alacsonyabb frekvencia időállandóját:

Feltételezzük, hogy minden időállandó egyenlő egymással:

Számítsuk ki a és értékét, valamint:

Kapunk:

Az ellenállások névleges értékeit vesszük az E24 sorozatnak megfelelően, majd kapjuk:

6. feladat

Szerkessze meg az erősítő frekvencia- és fázisválaszát, amellyel meghatározhatja az erősítő sávszélességének vágási frekvenciáit.

Számítsuk ki az erősítő sávszélességének felső határfrekvenciáját! Ehhez az at paraméterre van szükségünk.

Bármely erősítő fokozat felső határfrekvenciáját a (8) képlet határozza meg.

A közös emitterrel rendelkező kaszkád G együtthatóját a (10) képlet határozza meg.

Meghatározzuk - a bázis kisebbségi töltéshordozóinak átlagos élettartamát:

Határozzuk meg a kollektor átmenet egyenértékű kapacitását:

Átmeneti kapacitás nulla előfeszítésnél;

Az érintkezési potenciál különbség, amely 0,7 V;

Átmeneti feszültség.

Keressük a sávszélességet:

Építsük meg az egyfokozatú erősítő frekvencia- és fázisválaszát. Ehhez a Workbench 5.12 alkalmazást fogjuk használni. Az áramkörhöz egy Funkciógenerátort kell hozzáadni, és a Bode Plottert is úgy kell az áramkörhöz csatlakoztatni, hogy a bemenete az egyik áramköri bemeneti kapocsra, a kimenete pedig az egyik áramköri kimenetre csatlakozzon (ábra . 9).

11. ábra

Következtetés

Az elvégzett tanfolyami munka során a BC109C egyfokozatú erősítő főbb paramétereit számítottam ki. Meghatároztuk az áramkörbe tartozó ellenállások ellenállását, a Cp1 és Cp2 elválasztó, valamint az Sbl blokkoló kondenzátor kapacitását. Valamint a kisjelű áramkör paraméterei Kuo, Kio, Kp, Rin, Rout.

Bibliográfia

1) Gusev V.G., Gusev M.Yu. Elektronika. -M.: "Felsőiskola". 1991 -622p.: ill.

2) Rekus G. G., Chesnokov V. N. Laboratóriumi munka az elektrotechnikával és az elektronika alapjaival: Proc. pótlék nem elektrotechnikai. szakember. egyetemek. - M.: Feljebb. iskola, 1989. - 240 p.: ill.

3) Lachin V.I., Savelov N.S. Elektronika: Proc. juttatás. - Rostov n / a "Phoenix" kiadó, 2000. - 448 p. Alkalmazási szoftver: Electronic Workbench Pro Edition

Az Orosz Föderáció Szövetségi Oktatási Ügynöksége

Ufa Állami Repülési Műszaki Egyetem

Kumertaui ág

Department of PA

Tanfolyami munka

"Elektronika" tárgy

Készítette: az ATPP-304 csoport tanulója

Ignatiev I.A.

Ellenőrizte: tanár

Zimin N.V.

Kumertau 2010

Bevezetés

1. Alapfogalmak

1.1 erősítő

Bipoláris tranzisztorok 1,3 h-s paraméterei

1.4 A P14 tranzisztor paraméterei

2. A paraméterek számítása és a készülék kapcsolási rajzának leírása

2.1 A működési pont kiválasztása

2.2 A P 14 tranzisztor erősítésének meghatározása

2.3 Számítsa ki a P 14 tranzisztor bemeneti és kimeneti ellenállását!

2.4 Erősítőelemek számítása

2.5 A kondenzátor kapacitásának kiszámítása

Következtetés

Bibliográfia

Bevezetés

Ebben a kurzusban különféle hőstabilizációs sémák elemzésére kerül sor. A tervezés során analitikus számítás készült az erősítőről és opcióiról.

A munka során egy egyfokozatú erősítő elemeit egy közös alapáramkör szerint számítottam ki, és kiszámították az áram, feszültség és teljesítmény, bemeneti és kimeneti ellenállás erősítési tényezőit.

A számítás eredményeként egy kisfrekvenciás erősítőt fejlesztettek ki meghatározott követelményekkel és elemértékekkel, amely gyakorlati alkalmazásokhoz is használható.

A kapott adatokból valódi erősítő eszközöket lehet létrehozni.

1. Alapfogalmak

1.1 erősítő

Számos mérnöki probléma megoldása során, például elektromos és nem elektromos mennyiségek mérésénél, rádiójelek vételénél, technológiai folyamatok vezérlésénél és automatizálásánál válik szükségessé az elektromos jelek felerősítése. Erre a célra erősítőket használnak.

Erősítő - olyan eszköz, amely növeli a vezérlőjel energiáját a segédforrás energiája miatt. A bemeneti jel mintegy sablon, amely szerint szabályozzák az energia áramlását a forrástól a fogyasztóig.

Az ipari elektronikában széles körben használt modern erősítőkben általában bipoláris és térhatású tranzisztorokat, újabban pedig integrált áramköröket használnak. A mikroáramkörökre épülő erősítők rendkívül megbízhatóak és gazdaságosak, nagy sebességűek, rendkívül kis súlyúak és méretűek, valamint nagy érzékenységgel rendelkeznek. Lehetővé teszik a nagyon gyenge elektromos jelek felerősítését.

Leegyszerűsítve az erősítő (erősítőfokozat) blokkdiagramként ábrázolható (1. ábra):

Ez az erősítő tartalmaz egy nemlineárisan vezérelt elemet, általában egy bipoláris vagy térhatású tranzisztort, egy fogyasztót és egy elektromos energiaforrást. Az erősítő fokozatnak van egy bemeneti áramköre, amelyre bemeneti feszültség van kapcsolva (a jel erősödik), és egy kimeneti áramköre a kimeneti feszültség (az erősített jel) előállítására. Az erősített jel lényegesen nagyobb teljesítményű, mint a bemeneti jel. A jelteljesítmény növekedése az elektromos energiaforrás miatt következik be. Az erősítési folyamatot a nemlineárisan vezérelt elem ellenállásának, és így a kimeneti áramkörben lévő áramnak a bemeneti feszültség vagy áram hatására megváltoztatásával hajtják végre. A kimeneti feszültség lekerül a vezérelt vagy fogyasztóról. Így az erősítés egy állandó EMF-forrás elektromos energiájának a kimenő jel energiájává történő átalakításán alapul, a vezérelt elem ellenállásának változása miatt a bemeneti jel által meghatározott törvény szerint.

Az erősítő fokozat fő paraméterei a következők feszültségnövelés Ku= kint vagy U bemenet, áramerősítés K I= Kilépek / én beés teljesítménynövelés

Jellemzően az erősítési fokozatokban mindhárom erősítés sokkal nagyobb, mint az egység. Egyes erősítési fokozatokban azonban a két erősítés egyike kisebb is lehet, mint az egység, pl. Nak nek U <1 или К I <1. Но в любом случае коэффициент усиления по мощности больше единицы.

Attól függően, hogy a bemeneti jel melyik paraméterét (feszültség, áram vagy teljesítmény) kell növelni egy erősítő fokozat segítségével, vannak feszültség-, áram- és teljesítményerősítő fokozatok. Az erősítő feszültség fokozat erősítéssel rendelkezik, amely általában több tízes. A mérnöki gyakorlatban nagyon gyakran sokkal nagyobb feszültségerősítésre van szükség, amely eléri a több ezret, sőt milliókat is. A probléma megoldására többfokozatú erősítőket használnak, amelyekben minden következő fokozat az előző kimenetéhez csatlakozik.

Az erősítendő jel típusától függően az erősítők a következőkre oszthatók:

1. Harmonikus jelek erősítői

(U(t) =U O +∑Ui*cos (ωt+φ) alakú hangjelek);

2. Impulzusjelek erősítői.

3. DC és AC erősítők.

4. Alacsony és magas frekvenciájú erősítők (20Hz - 20KHz).

5. Nagyfrekvenciás erősítők.

6. Keskenysávú és szélessávú erősítők.

7. Szelektív erősítők.

8. Periodikus erősítők.

Csatlakozási módok(csatlakozások) fokozatok a többfokozatú erősítőtől függenek. Tehát az egyenáramú erősítőkben a következő fokozat bemenete közvetlenül vagy ellenállások segítségével csatlakozik az előző fokozat kimenetéhez. Az ilyen erősítőket hívják közvetlenül csatolt vagy rezisztív csatolású erősítők .

erősítő kondenzátor egyfokozatú termikus stabilizálás

Az AC feszültségerősítőkben (UHF, ULF és TIPU) a kaszkádok csatlakoztatására leggyakrabban kondenzátorokat és ellenállásokat használnak. Az ilyen erősítőket hívják rezisztív-kapacitív csatolású erősítők.

A szelektív erősítőkben, a teljesítményerősítőkben néha transzformátorokat használnak a kaszkádok egymáshoz csatlakoztatására, és az erősítő kaszkád terhelési eszközzel történő összekapcsolására. Az ilyen erősítőket hívják transzformátor csatolású erősítők.

A váltakozó feszültségű erősítőkben lévő kondenzátorok és transzformátorok a változó feszültségű komponens (kimenet) leválasztására szolgálnak a nemlineárisan vezérelt elem egyenfeszültségű komponensétől, amely az állandó EMF-forrás által létrehozott egyenáram-komponensből származik.

Az erősítőelem bekapcsolásának módja szerint az erősítő fokozatoknak három fő típusa van, mind a bipoláris, mind a térhatású tranzisztorokon.

A bipoláris tranzisztorok egyik leggyakoribb erősítő fokozata az közös emitter kaszkád(kaszkád OE).

Az OE-vel rendelkező n-p-n típusú tranzisztor erősítő fokozatának sémája a 2. ábrán látható.

Az Uin, amelyet fel kell erősíteni, az oszcillációs forrásból a Base-Emitter szekcióba kerül. A bázist pozitív előfeszítéssel is látják el az E1 forrásból, amely az emitter átmenet előremenő feszültsége.

Az alapáramkörben áram folyik, ezért a tranzisztor bemeneti ellenállása kicsi.

A bemeneti váltakozó feszültség egy részének elvesztésének elkerülése érdekében az E1 forrás belső ellenállását egy kondenzátor söntöli. Alacsony frekvencián az ellenállásnak sokszor kisebbnek kell lennie, mint a tranzisztor bemeneti ellenállása.

A kollektor áramkört az E2 forrás táplálja. A bipoláris tranzisztorok modern erősítő fokozatainak forrásfeszültsége általában 10-30 V.

Az erősített kimeneti feszültség eléréséhez terhelési ellenállást kell tartalmaznia.

Az erősítő fokozat működése a következő. Képzeljük el a kollektorkört egy ekvivalens áramkör formájában (3. ábra).

Az E2 forrásfeszültség fel van osztva Rn és az rho tranzisztor belső ellenállása között, amelyet a kollektor egyenáramának biztosít.

A tranzisztor belső ellenállása megközelítőleg megegyezik a kollektor-csatlakozás egyenáramú ellenállásával:

Ha a bemeneti áramkörben oszcillációs forrás szerepel, akkor annak megváltozásakor

feszültség megváltoztatja az emitter áramát. Ez r ko változást okoz, ami az E2 forrás feszültségének R o és r ko között történő újraelosztásához vezet. Ebben az esetben a terhelésnél a váltakozó feszültség tízszer nagyobb, mint a bemenet.

A kollektoráram változása megközelítőleg megegyezik az emitteráram változásával és sokszorosa az alapáram változásának, így jelentős áramerősítést és igen nagy teljesítménynövekedést kapunk a vizsgált áramkörben.

1.2 Bipoláris tranzisztoros erősítők

A bipoláris tranzisztorokon alapuló erősítőkben három tranzisztor csatlakozási sémát alkalmaznak: közös alappal (4. ábra;

7), közös emitterrel (5. ábra;

8), közös kollektorral (6. ábra;

4. ábra 5. ábra 6. ábra

7. ábra 8. ábra 9. ábra

A 4-6. ábrákon a tranzisztorok kapcsolóáramkörei láthatók külön áramforrásról táplált bemeneti és kimeneti áramkörrel, a 7-8. ábrákon pedig egyetlen egyenfeszültség-forrásról táplált tranzisztoros bemeneti és kimeneti áramkörök.

A közös bázisú tranzisztoros erősítőket feszültségerősítés, nincs áramerősítés, alacsony bemeneti impedancia és nagy kimeneti impedancia jellemzi.