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Il principio di funzionamento di un amplificatore a transistor si basa sul fatto che con l'aiuto di piccole variazioni di tensione o corrente nel circuito di ingresso di un transistor, è possibile ottenere variazioni molto maggiori di tensione o corrente nel suo circuito di uscita.
La modifica della tensione della giunzione dell'emettitore provoca un cambiamento nelle correnti del transistor. Questa proprietà del transistor viene utilizzata per amplificare i segnali elettrici.
Per convertire i cambiamenti nella corrente del collettore che si verificano sotto l'azione dei segnali di ingresso in una tensione variabile, un carico è incluso nel circuito del collettore del transistor. Il carico è solitamente un resistore o circuito oscillatorio. Inoltre, quando si amplificano segnali elettrici alternati tra la base e l'emettitore del transistor, è necessario accendere una sorgente di tensione costante, solitamente chiamata sorgente di polarizzazione, con la quale viene impostata la modalità operativa del transistor. Questa modalità è caratterizzata dal flusso attraverso i suoi elettrodi in assenza di un segnale elettrico in ingresso di alcune correnti continue dell'emettitore, del collettore e della base. Con l'uso di una fonte aggiuntiva, le dimensioni dell'intero dispositivo aumentano, la sua massa aumenta, il design diventa più complicato e due fonti sono più costose di una. Allo stesso tempo, puoi cavartela con una fonte utilizzata per alimentare il circuito del collettore del transistor. Uno di questi circuiti amplificatori è mostrato in figura.

In questo circuito, il carico dell'amplificatore è il resistore R K e, utilizzando il resistore R b, viene impostata la corrente di base richiesta del transistor. Se viene impostata la modalità operativa del transistor (si dice spesso che il punto operativo è impostato sulle caratteristiche del transistor), la corrente e la tensione di base U BE diventano note e la resistenza del resistore R b, che fornisce questo corrente, può essere determinato dalla formula:
R b \u003d (G K -U BE) / I B.
Poiché U BE di solito non è superiore a 0,2 ... 0,3 V per i transistor al germanio e 0,6 ... 0,8 V per quelli al silicio e la tensione G K è misurata in unità o anche decine di volt, quindi U BE<e puoi scrivere:
R b ≈SOL K / io B.
Dalle espressioni risulta che, indipendentemente dal tipo di transistor VT, la sua corrente di base sarà costante: I B \u003d G K / R b. Pertanto, questo schema è chiamato circuiti a emettitore comune (CE). e corrente di base fissa.
La modalità operativa del transistor nello stadio di amplificazione a correnti e tensioni costanti dei suoi elettrodi è chiamata modalità iniziale o di riposo.
L'inclusione di un carico nel circuito del collettore del transistor porta ad una caduta di tensione attraverso la resistenza di carico, pari al prodotto I K R K .
Di conseguenza, la tensione che agisce tra il collettore e l'emettitore Uke del transistor risulta essere inferiore alla tensione G K della sorgente di alimentazione per la quantità di caduta di tensione attraverso la resistenza di carico, ovvero:
U KE \u003d G K -I K R K.
Se questa dipendenza viene visualizzata graficamente su una famiglia di caratteristiche di uscita statica di un transistor, sembrerà una linea retta. Per costruirlo è sufficiente determinare solo due punti che gli appartengono (poiché per due punti può essere tracciata una sola retta). Ad ogni punto devono essere assegnate due coordinate: I K e U KE.
Dato un valore specifico di una delle coordinate, la seconda coordinata viene determinata risolvendo l'equazione U KE =G K -I K R K . Una linea retta costruita secondo l'equazione su una famiglia di caratteristiche di uscita statiche, un transistor, è chiamata linea retta di carico.
La linea di carico mostrata nella Figura (a) è costruita per il caso in cui G K =10V e R K =200 Ohm.

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

Se nella modalità iniziale (modalità di riposo) la corrente di base è 2 mA, questa modalità sarà determinata dal punto A, che giace sulla retta del carico nel punto della sua intersezione con la caratteristica dell'uscita statica ottenuta con I BO = 2 mA . In questo caso I KO =20 mA; U KEO = 5,8 V. Se trasferiamo il punto A alla famiglia delle caratteristiche di input (Fig., b), possiamo trovare U BEO. È pari a 0,25 V.
Quando viene applicata una tensione alternata con un'ampiezza di 50 mV (0,05 V) all'ingresso dell'amplificatore, sull'asse della tensione delle caratteristiche di ingresso relative alla tensione U BEO \u003d 0,25 V, segmenti corrispondenti a una tensione di 0,05 V sono posti su entrambi i lati e le perpendicolari vengono ripristinate dalle loro estremità all'asse U del BE fino a quando non si interseca con la caratteristica statica, su cui si trova il punto A, che indica la modalità di riposo dell'amplificatore. Nei punti di intersezione delle perpendicolari con la caratteristica, vengono poste le lettere B e C. Pertanto, quando viene applicata una tensione alternata all'ingresso, la modalità operativa non sarà più determinata dal punto A, ma dai suoi movimenti tra i punti B e C. In questo caso la corrente di base varia da 1 a 3 mA. In altre parole, una tensione alternata all'ingresso dell'amplificatore porta alla comparsa di una componente alternata nella sua corrente di ingresso: la corrente di base. In questo esempio l'ampiezza della componente variabile della corrente di base, come si vede dalla figura, è di 1 mA.
I punti B e C possono essere trasferiti alla famiglia delle caratteristiche di uscita. Saranno posizionati all'intersezione delle caratteristiche di carico con quelle statiche ottenute a correnti di base pari a 1 e 3 mA. Da questa figura si può vedere che nella modalità di carico è apparsa una componente variabile della tensione del collettore. Altrimenti, la tensione del collettore ora non rimane costante, ma cambia in modo sincrono
con variazioni della tensione di ingresso. Inoltre, la variazione della tensione di collettore ΔU KE =7,5-4,3=3,2V è maggiore della variazione della tensione di ingresso ΔU BE =0,3-0,2=0,1V di 32 volte; cioè, è stata ottenuta un'amplificazione della tensione di ingresso di 32 volte.
Poiché la tensione dell'alimentatore G K è costante, la variazione della tensione del collettore è uguale alla variazione della tensione ai capi del resistore di carico del collettore, ovvero maggiore è il guadagno. Tuttavia, è possibile aumentare la resistenza del resistore R K solo fino a un certo limite, il cui superamento può anche portare a una diminuzione del guadagno e alla comparsa di grandi distorsioni del segnale amplificato.
Nell'amplificatore, il cui circuito è mostrato nella figura in alto, la modalità operativa del transistor è determinata dalla corrente di base, che è impostata dal resistore R b. La modalità operativa del transistor può anche essere impostata applicando tensione dal divisore R1R2 alla sua giunzione di emettitore.

La corrente del divisore I D che scorre attraverso i resistori R1 e R2 provoca una caduta di tensione attraverso la resistenza del resistore R2, che viene applicata alla giunzione dell'emettitore del transistor e lo polarizza nella direzione in avanti. Questa tensione è determinata principalmente dal rapporto tra le resistenze dei resistori R1, R2 e la corrente I D che li attraversa ed è quasi indipendente dal tipo di transistor. Pertanto, un tale circuito viene talvolta definito circuito a polarizzazione fissa.

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Negli amplificatori basati su transistor bipolari vengono utilizzati tre schemi di connessione dei transistor: con un comune, con un emettitore comune, con un collettore comune.

Nel circuito di commutazione di un transistor con un emettitore comune, l'amplificatore fornisce amplificazione di tensione, corrente e potenza. Tale amplificatore ha valori medi di resistenza di ingresso e uscita rispetto ai circuiti di commutazione con una base comune e un collettore comune.

I parametri del transistor dipendono fortemente dalla temperatura. Un cambiamento nella temperatura ambiente porta a un cambiamento nella modalità operativa del transistor in un semplice circuito amplificatore quando il transistor a emettitore comune è acceso.

Per stabilizzare la modalità operativa del transistor quando la temperatura cambia, vengono utilizzati schemi di stabilizzazione dell'emettitore per la modalità operativa del transistor.

Le figure 5.14 e 5.15 mostrano circuiti di amplificatori monostadio basati su transistor bipolari n-p-n e p-n-p con stabilizzazione della temperatura dell'emettitore della modalità operativa del transistor.

Tracciamo i circuiti attraverso i quali scorrono correnti continue nell'amplificatore secondo lo schema di Figura 5.14. La corrente continua del partitore di tensione scorre attraverso il circuito: più la fonte di alimentazione, i resistori R1, R2, meno la fonte di alimentazione. La corrente costante della base del transistor VT1 scorre attraverso il circuito: più dell'alimentatore, resistore R1, giunzione base-emettitore del transistor VT1, resistore Re, meno dell'alimentatore. La corrente continua del collettore del transistor VT1 scorre attraverso il circuito: più dell'alimentatore, resistore RK, terminali collettore-emettitore del transistor, resistore Re, meno dell'alimentatore. Il transistor bipolare nell'amplificatore funziona in una modalità in cui la giunzione base-emettitore è polarizzata direttamente e la giunzione base-collettore è polarizzata inversamente. Pertanto, la tensione costante ai capi del resistore R2 sarà uguale alla somma della tensione alla giunzione base-emettitore del transistor VT1 e la tensione ai capi del resistore Re:UR2=Ube+URe. Ne consegue che la tensione costante alla giunzione base-emettitore sarà uguale a Ube \u003d UR2 - Ure.

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Il principio di funzionamento di un amplificatore a transistor si basa sul fatto che con l'aiuto di piccole variazioni di tensione o corrente nel circuito di ingresso di un transistor, è possibile ottenere variazioni molto maggiori di tensione o corrente nel suo circuito di uscita.
La modifica della tensione della giunzione dell'emettitore provoca un cambiamento nelle correnti del transistor. Questa proprietà del transistor viene utilizzata per amplificare i segnali elettrici.
Per convertire i cambiamenti nella corrente del collettore che si verificano sotto l'azione dei segnali di ingresso in una tensione variabile, un carico è incluso nel circuito del collettore del transistor. Il carico è molto spesso un resistore o un circuito oscillante. Inoltre, quando si amplificano segnali elettrici alternati tra la base e l'emettitore del transistor, è necessario accendere una sorgente di tensione costante, solitamente chiamata sorgente di polarizzazione, con la quale viene impostata la modalità operativa del transistor. Questa modalità è caratterizzata dal flusso attraverso i suoi elettrodi in assenza di un segnale elettrico in ingresso di alcune correnti continue dell'emettitore, del collettore e della base. Con l'uso di una fonte aggiuntiva, le dimensioni dell'intero dispositivo aumentano, la sua massa aumenta, il design diventa più complicato e due fonti sono più costose di una. Allo stesso tempo, puoi cavartela con una fonte utilizzata per alimentare il circuito del collettore del transistor. Uno di questi circuiti amplificatori è mostrato in figura.

In questo circuito, il carico dell'amplificatore è il resistore R K e, utilizzando il resistore R b, viene impostata la corrente di base richiesta del transistor. Se viene impostata la modalità operativa del transistor (si dice spesso che il punto operativo è impostato sulle caratteristiche del transistor), la corrente e la tensione di base U BE diventano note e la resistenza del resistore R b, che fornisce questo corrente, può essere determinato dalla formula:
R b \u003d (G K -U BE) / I B.
Poiché U BE di solito non è superiore a 0,2 ... 0,3 V per i transistor al germanio e 0,6 ... 0,8 V per quelli al silicio e la tensione G K è misurata in unità o anche decine di volt, quindi U BE<e puoi scrivere:
R b ≈SOL K / io B.
Dalle espressioni risulta che, indipendentemente dal tipo di transistor VT, la sua corrente di base sarà costante: I B \u003d G K / R b. Pertanto, questo schema è chiamato circuiti a emettitore comune (CE). e corrente di base fissa.
La modalità operativa del transistor nello stadio di amplificazione a correnti e tensioni costanti dei suoi elettrodi è chiamata modalità iniziale o di riposo.
L'inclusione di un carico nel circuito del collettore del transistor porta ad una caduta di tensione attraverso la resistenza di carico, pari al prodotto I K R K .
Di conseguenza, la tensione che agisce tra il collettore e l'emettitore Uke del transistor risulta essere inferiore alla tensione G K della sorgente di alimentazione per la quantità di caduta di tensione attraverso la resistenza di carico, ovvero:
U KE \u003d G K -I K R K.
Se questa dipendenza viene visualizzata graficamente su una famiglia di caratteristiche di uscita statica di un transistor, sembrerà una linea retta. Per costruirlo è sufficiente determinare solo due punti che gli appartengono (poiché per due punti può essere tracciata una sola retta). Ad ogni punto devono essere assegnate due coordinate: I K e U KE.
Dato un valore specifico di una delle coordinate, la seconda coordinata viene determinata risolvendo l'equazione U KE =G K -I K R K . Una linea retta costruita secondo l'equazione su una famiglia di caratteristiche di uscita statiche, un transistor, è chiamata linea retta di carico.
La linea di carico mostrata nella Figura (a) è costruita per il caso in cui G K =10V e R K =200 Ohm.

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

Se nella modalità iniziale (modalità di riposo) la corrente di base è 2 mA, questa modalità sarà determinata dal punto A, che giace sulla retta del carico nel punto della sua intersezione con la caratteristica dell'uscita statica ottenuta con I BO = 2 mA . In questo caso I KO =20 mA; U KEO = 5,8 V. Se trasferiamo il punto A alla famiglia delle caratteristiche di input (Fig., b), possiamo trovare U BEO. È pari a 0,25 V.
Quando viene applicata una tensione alternata con un'ampiezza di 50 mV (0,05 V) all'ingresso dell'amplificatore, sull'asse della tensione delle caratteristiche di ingresso relative alla tensione U BEO \u003d 0,25 V, segmenti corrispondenti a una tensione di 0,05 V sono posti su entrambi i lati e le perpendicolari vengono ripristinate dalle loro estremità all'asse U del BE fino a quando non si interseca con la caratteristica statica, su cui si trova il punto A, che indica la modalità di riposo dell'amplificatore. Nei punti di intersezione delle perpendicolari con la caratteristica, vengono poste le lettere B e C. Pertanto, quando viene applicata una tensione alternata all'ingresso, la modalità operativa non sarà più determinata dal punto A, ma dai suoi movimenti tra i punti B e C. In questo caso la corrente di base varia da 1 a 3 mA. In altre parole, una tensione alternata all'ingresso dell'amplificatore porta alla comparsa di una componente alternata nella sua corrente di ingresso: la corrente di base. In questo esempio l'ampiezza della componente variabile della corrente di base, come si vede dalla figura, è di 1 mA.
I punti B e C possono essere trasferiti alla famiglia delle caratteristiche di uscita. Saranno posizionati all'intersezione delle caratteristiche di carico con quelle statiche ottenute a correnti di base pari a 1 e 3 mA. Da questa figura si può vedere che nella modalità di carico è apparsa una componente variabile della tensione del collettore. Altrimenti, la tensione del collettore ora non rimane costante, ma cambia in modo sincrono
con variazioni della tensione di ingresso. Inoltre, la variazione della tensione di collettore ΔU KE =7,5-4,3=3,2V è maggiore della variazione della tensione di ingresso ΔU BE =0,3-0,2=0,1V di 32 volte; cioè, è stata ottenuta un'amplificazione della tensione di ingresso di 32 volte.
Poiché la tensione dell'alimentatore G K è costante, la variazione della tensione del collettore è uguale alla variazione della tensione ai capi del resistore di carico del collettore, ovvero maggiore è il guadagno. Tuttavia, è possibile aumentare la resistenza del resistore R K solo fino a un certo limite, il cui superamento può anche portare a una diminuzione del guadagno e alla comparsa di grandi distorsioni del segnale amplificato.
Nell'amplificatore, il cui circuito è mostrato nella figura in alto, la modalità operativa del transistor è determinata dalla corrente di base, che è impostata dal resistore R b. La modalità operativa del transistor può anche essere impostata applicando tensione dal divisore R1R2 alla sua giunzione di emettitore.

La corrente del divisore I D che scorre attraverso i resistori R1 e R2 provoca una caduta di tensione attraverso la resistenza del resistore R2, che viene applicata alla giunzione dell'emettitore del transistor e lo polarizza nella direzione in avanti. Questa tensione è determinata principalmente dal rapporto tra le resistenze dei resistori R1, R2 e la corrente I D che li attraversa ed è quasi indipendente dal tipo di transistor. Pertanto, un tale circuito viene talvolta definito circuito a polarizzazione fissa.

introduzione

Un transistor è un dispositivo elettronico a semiconduttore che controlla la corrente in un circuito elettrico modificando la tensione o la corrente di ingresso. Ma in realtà si tratta di un normale interruttore che accende e spegne la corrente, su cui, tra l'altro, si basa il codice del computer, dove 1 significa che c'è corrente e 0 è la sua assenza. Dobbiamo l'invenzione di questo dispositivo al laboratorio americano Bell Labs, in cui William Shockley, John Bardeen e Walter Brattain lo hanno creato nel 1947. Ma come sempre accade con le grandi invenzioni, inizialmente non è stato notato dal pubblico e solo dopo 9 anni gli scienziati hanno ricevuto il premio Nobel per la fisica. Il nome stesso "transistor" è stato coniato dal loro collega John Pierce, che lo ha combinato da 2 parole - "trasferimento" - a trasferimento e "resistenza" - resistenza.

I primi ad accorgersi dell'invenzione furono i radioamatori, che li utilizzano per amplificare il segnale. Ritenendo che l'invenzione potesse essere redditizia, il laboratorio decise di vendere le licenze per l'utilizzo della tecnologia a transistor. Il successo non tardò ad arrivare, e già nel 1956 apparve la prima radio portatile, prima impossibile a causa dell'utilizzo di lampade ingombranti, e transistor compatti riuscirono facilmente a far fronte a questo compito, che ora permetteva di portare sempre con sé la musica. L'invenzione di un tale dispositivo portatile ha mostrato l'importanza e la rilevanza della nuova tecnologia, che ha iniziato ad attrarre nuove menti curiose di inventori in quest'area. E dopo 2 anni, Jack Kilby e Robert Noyce hanno fatto un passo da gigante nello sviluppo dei transistor, utilizzando la loro nuova tecnologia, li hanno combinati in un unico chip. Questo passo rivoluzionario presentò Noyce a Gordon Moore, con il quale creò Intel nel 1968.

È stato il microcircuito basato su transistor a segnare l'inizio di una nuova era nell'elettronica, ed è stata lei a rendere possibile l'emergere dei computer moderni. Nel 1965, la legge di Moore fu formulata in una delle pubblicazioni, in cui si affermava che il numero di transistor in un microcircuito dovrebbe raddoppiare ogni anno. Si prevede costantemente che questa legge muoia, ma per più di quarant'anni ha continuato a funzionare. Ad esempio, nel primo processore Intel 4004, rilasciato nel 1971, c'erano 2300 transistor e nel 1989 Intel 486 ne aveva già 1.200.000, quindi, aggirando molti ostacoli sul suo cammino e migliorando costantemente, l'ultimo processore Intel Core 2 Extreme ha superato il limite di 820.000.000 di transistor.

Così, per più di sessant'anni, una piccola invenzione ha continuato a far avanzare la tecnologia, portandola costantemente a un nuovo livello. E già, probabilmente, è impossibile immaginare come sarebbe il mondo senza questo piccolo dispositivo.

Compito per tesina

Determinare i potenziali nodali nel circuito. Costruire la caratteristica di trasferimento del circuito nella sezione base-collettore del transistor) e tracciare su di essa il punto di lavoro. Segna sulle caratteristiche dell'area di funzionamento del transistor.

Stimare mediante calcolo i principali parametri a basso segnale del circuito considerato.

Determina l'area di funzionamento dell'amplificatore senza distorsioni non lineari dalle caratteristiche di tensione di corrente in ingresso e in uscita del transistor.

Costruire uno schema elettrico con potenziali nodali, trasferimento, transitori, famiglie di corrente-tensione di ingresso e di uscita, caratteristiche di ampiezza-frequenza utilizzando il programma applicativo per la simulazione al computer e la ricerca di circuiti elettronici (Electronics Workbench, Multisim, Micro-Cap).

Confrontare i risultati con quelli ottenuti dal calcolo.

Fig. 1

Tabella 1 Dati iniziali

			tipo a transistor

Parametri del transistor KT3102G.

Transistor al silicio, struttura n-p-n.

Tabella 2. Parametri del transistor KT3102G

Designazione	Senso	Parametro
		Coefficiente di trasferimento di corrente statico di un transistor bipolare in un circuito con un emettitore comune (è indicato l'intervallo di valori consentiti)
		Frequenza di taglio dell'amplificatore
		Capacità di giunzione del collettore (Ck) alla tensione del collettore (Ukb)
Uke.us / (Ik / Ib),		Tensione di saturazione collettore-emettitore (Uke.nas) di un transistor bipolare a una data corrente di collettore (Ik) e una data corrente di base (Ib)
Ube.us/(Ik/Ib),		Tensione di saturazione collettore-emettitore (Ube.nas) di un transistor bipolare a una data corrente di collettore (Ik) e una data corrente di base (Ib)
		Corrente inversa del collettore
		Corrente inversa dell'emettitore
		Base emettitore a tensione costante massima consentita
		Massima tensione CC collettore-emettitore consentita
		Corrente massima consentita del collettore
		Massima dissipazione di potenza consentita sul collettore

Tabella 3 Righe di valori nominali per i parametri di elementi radio tipici (GOST 2825-67)

Indice di riga	Coefficienti numerici moltiplicati per 10

Poiché il lavoro del corso utilizzerà l'applicazione Workbench 5.12, che non ha il transistor KT3102G, utilizzeremo invece il suo analogo straniero BC109C, che è simile ad esso in termini di parametri. Pertanto, i valori calcolati possono differire dai valori ottenuti utilizzando l'applicazione Workbench.

Il guadagno della corrente di base statica è impostato su 500.

Poiché il transistor è di silicio, la differenza di contatto di entrambe le giunzioni è il valore della tensione base-emettitore. Poiché si tratta di una sorgente di tensione costante, il circuito può essere semplificato rimuovendo tutti i condensatori e le resistenze non necessarie. Rimuoviamo anche la sorgente di tensione CA dal circuito e otteniamo il circuito mostrato in Fig. 2

Fig.2

Supponiamo che il transistor sia nella normale regione attiva. Dato che il punto di lavoro è in classe A, calcoliamo la tensione di collettore.

Per i circuiti a piccolo segnale, la tensione su Re è il 5-30% della tensione Ek, quindi scegliamo il 10%.

Determiniamo le resistenze e, per questo, calcoliamo la corrente di emettitore, utilizzando per questo il guadagno della corrente di emettitore, espresso in termini di guadagno della corrente di base:

Secondo la condizione a = 500, allora

Allo stesso modo, calcoliamo la corrente di base:

Noi abbiamo:

Se trascuriamo la corrente di base, nella sezione A-B scorre una corrente uguale al rapporto:

Dalle espressioni (2) e (3) segue che

Trova la resistenza della base. Per fare ciò, abbiamo bisogno del fattore del punto operativo instabile della cascata, espresso come:

Da qui calcoliamo il valore di resistenza RB, che è anche uguale al collegamento in parallelo dei resistori R1 e R2.

Risolvendo il sistema dalle equazioni (4) e (5), troviamo R2 e R1

Noi abbiamo:

Prendiamo i valori nominali dei resistori secondo la serie E24, quindi otteniamo:

Compito 2

Considera i potenziali nodali nel circuito. Costruire la caratteristica di trasferimento del circuito nella sezione base-collettore del transistor) e tracciare su di essa il punto di lavoro. Segna sulle caratteristiche dell'area di funzionamento del transistor.

Considera i potenziali nodali nel circuito mostrato in Fig.3.

Fig.3

Trova la differenza di potenziale all'emettitore:

transistor bipolare amplificatore monostadio

Troviamo la differenza di potenziale sulla base:

Trova la differenza di potenziale attraverso il collettore:

Potenziali nodali ottenuti:

Per costruire la caratteristica di trasferimento, utilizzeremo l'applicazione Workbench 5.12. Per costruire una dipendenza, è necessario inserire due voltmetri nel circuito: il primo - per rimuovere il potenziale di base, è posto tra la base e la "terra", il secondo - per rimuovere il potenziale di collettore, è posto tra il collezionista e il "terreno". Inoltre, per regolare il potenziale della base, viene introdotta nel circuito una sorgente EMF collegata alla base (Fig. 4).

Fig.4

Fig.5

La caratteristica di trasferimento (Fig. 5) mostra il punto di lavoro (PT) corrispondente ai valori:

Compito 3

Stimare mediante calcolo i principali parametri a basso segnale del circuito considerato. E anche a quale ampiezza del segnale di ingresso nel circuito ci saranno distorsioni non lineari.

Fig.6

Dati iniziali:

Per un transistor, la resistenza della giunzione p-n è:

Accettare

Calcoliamo l'impedenza di ingresso nel circuito con un emettitore comune:

Calcola il guadagno attuale:

Trova la resistenza quando il carico è collegato in parallelo con la resistenza del collettore:

Calcolare il guadagno di tensione:

Calcola il guadagno di potenza:

Calcolare l'impedenza di ingresso del circuito:

Calcolare l'impedenza di uscita del circuito:

Calcoliamo:

Compito 4

È necessario scoprire a quale ampiezza del segnale di ingresso nel circuito si verificheranno distorsioni non lineari. L'ampiezza del segnale di uscita non può essere maggiore di.

Trova il valore effettivo dell'ampiezza del segnale di ingresso:

Costruiamo le caratteristiche I-V di uscita del transistor - (lo prendiamo dal libro di consultazione in formato elettronico) (Fig. 7).

Fig.7

Sulle caratteristiche I-V di uscita del transistor, applicheremo il punto operativo, nonché la linea di carico per corrente continua (A-B) e alternata.

Costruiamo la linea di carico in corrente continua utilizzando due casi estremi.

Primo caso (A): il transistor è completamente aperto

Secondo caso (B): il transistor è completamente chiuso

Per costruire un punto di lavoro sulla caratteristica I–V, si dovrebbe tracciare una retta a livello fino a quando non interseca la retta del carico statico. Questa intersezione sarà il punto di lavoro.

La retta per la corrente alternata ha una pendenza e passa per il punto di lavoro. Poiché la scala dell'asse OY è in miglia Ampere, il valore risultante b deve essere moltiplicato per 1000.

Compito 5

Sulla base delle informazioni sulla frequenza di taglio inferiore della larghezza di banda dell'amplificatore, tenendo conto dei dati sulla resistenza di carico e sulla sorgente del segnale, determinare le capacità dei condensatori di isolamento e blocco.

Dato che

Troviamo le capacità dei condensatori di separazione (Cp1 e Cp2) e di blocco (Cbl).

Nel calcolare la costante di tempo φ per ciascuno dei condensatori, prenderemo in considerazione solo questo condensatore, supponendo che altri condensatori sostituiscano i punti corrispondenti nel circuito.

Si ottengono i seguenti circuiti equivalenti per il calcolo delle costanti di tempo.

Fig.8

Innanzitutto, calcoliamo la costante di tempo per la frequenza più bassa:

Supponiamo che tutte le costanti di tempo siano uguali tra loro:

Calcoliamo i valori di e, oltre a:

Noi abbiamo:

Prendiamo i valori nominali dei resistori secondo la serie E24, quindi otteniamo:

Compito 6

Costruisci la risposta in frequenza e la risposta in fase dell'amplificatore, con cui determinare le frequenze di taglio della larghezza di banda dell'amplificatore.

Calcoliamo la frequenza di taglio superiore della larghezza di banda dell'amplificatore. Per fare ciò, abbiamo bisogno del parametro at.

La frequenza limite superiore di qualsiasi stadio di amplificazione è determinata dalla formula (8).

Il coefficiente G per una cascata con un emettitore comune è determinato dalla formula (10).

Definiamo - la durata media dei portatori di carica di minoranza nella base:

Determiniamo la capacità equivalente della giunzione del collettore:

Capacità di transizione a polarizzazione zero;

Differenza potenziale di contatto, pari a 0,7 V;

Tensione di transizione.

Troviamo la larghezza di banda:

Costruiamo la risposta in frequenza e la risposta in fase per un amplificatore monostadio. Per fare ciò, utilizzeremo l'applicazione Workbench 5.12. Al circuito deve essere aggiunto un Generatore di Funzioni, ed anche il Bode Plotter deve essere collegato al circuito in modo tale che il suo ingresso sia collegato ad uno dei terminali di ingresso del circuito, e l'uscita ad uno dei terminali di uscita del circuito (Fig. .9).

Fig.11

Conclusione

Nel corso del lavoro svolto, sono stati calcolati i parametri principali dell'amplificatore monostadio BC109C. Abbiamo determinato le resistenze dei resistori inclusi nel circuito, le capacità dei separatori Cp1 e Cp2 e il condensatore di blocco Sbl. Oltre ai parametri del circuito di piccolo segnale Kuo, Kio, Kp, Rin, Rout.

Bibliografia

1) Gusev V.G., Gusev M.Yu. Elettronica. -M.: "Scuola superiore". 1991 -622p.: riproduz.

2) Rekus G. G., Chesnokov V. N. Lavoro di laboratorio sull'ingegneria elettrica e le basi dell'elettronica: Proc. indennità per non elettrotecnico. specialista. università. - M.: Più in alto. scuola, 1989. - 240 p.: riprod.

3) Lachin V.I., Savelov N.S. Elettronica: Proc. indennità. - Rostov n / a casa editrice "Phoenix", 2000. - 448 pag. Software applicativo: Electronic Workbench Pro Edition

Agenzia federale per l'istruzione della Federazione Russa

Università tecnica dell'aviazione statale di Ufa

Ramo di Kumertau

Dipartimento della PA

Lavoro del corso

Soggetto "Elettronica"

Completato da: studente del gruppo ATPP-304

Ignatiev I.A.

Controllato da: insegnante

Zimin N.V.

Kumertau 2010

introduzione

1. Concetti di base

1.1 Amplificatore

1.3 parametri h di transistor bipolari

1.4 Parametri del transistor P14

2. Calcolo dei parametri e descrizione dello schema elettrico del dispositivo

2.1 Selezione del punto di lavoro

2.2 Determinazione dei guadagni del transistor P 14

2.3 Calcolare la resistenza di ingresso e uscita del transistor P 14

2.4 Calcolo degli elementi dell'amplificatore

2.5 Calcolo delle capacità dei condensatori

Conclusione

Bibliografia

introduzione

In questo lavoro del corso viene effettuata un'analisi di vari schemi di stabilizzazione termica. Durante il processo di progettazione è stato effettuato un calcolo analitico dell'amplificatore e delle sue opzioni.

Nel lavoro, gli elementi di un amplificatore monostadio sono stati calcolati secondo un circuito di base comune e sono stati calcolati i fattori di guadagno per corrente, tensione e potenza, resistenza di ingresso e uscita.

Come risultato del calcolo, è stato sviluppato un amplificatore a bassa frequenza con requisiti e classificazioni degli elementi specificati, che può essere utilizzato per applicazioni pratiche.

I dati ottenuti possono essere utilizzati per creare veri e propri dispositivi di amplificazione.

1. Concetti di base

1.1 Amplificatore

Quando si risolvono molti problemi ingegneristici, ad esempio durante la misurazione di grandezze elettriche e non elettriche, la ricezione di segnali radio, il controllo e l'automazione di processi tecnologici, diventa necessario amplificare i segnali elettrici. Gli amplificatori sono utilizzati per questo scopo.

Amplificatore - un dispositivo che aumenta l'energia del segnale di controllo grazie all'energia della sorgente ausiliaria. Il segnale di ingresso è, per così dire, un modello, in base al quale viene regolato il flusso di energia dalla sorgente al consumatore.

Negli amplificatori moderni, ampiamente utilizzati nell'elettronica industriale, vengono solitamente utilizzati transistor bipolari e ad effetto di campo e, più recentemente, circuiti integrati. Gli amplificatori basati su microcircuiti sono altamente affidabili ed economici, hanno un'elevata velocità, sono estremamente piccoli in termini di peso e dimensioni e hanno un'elevata sensibilità. Permettono di amplificare segnali elettrici molto deboli.

Semplificato, l'amplificatore (stadio di amplificazione) può essere rappresentato come un diagramma a blocchi (Fig. 1.):

Questo amplificatore contiene un elemento controllato non lineare, solitamente un transistor bipolare o ad effetto di campo, un consumatore e una fonte di energia elettrica. Lo stadio di amplificazione ha un circuito di ingresso al quale è applicata una tensione di ingresso (il segnale viene amplificato), ed un circuito di uscita per ottenere una tensione di uscita (il segnale amplificato). Il segnale amplificato ha una potenza significativamente maggiore rispetto al segnale di ingresso. L'aumento della potenza del segnale si verifica a causa della fonte di energia elettrica. Il processo di amplificazione viene eseguito modificando la resistenza dell'elemento controllato non lineare, e quindi la corrente nel circuito di uscita, sotto l'influenza della tensione o corrente di ingresso. La tensione di uscita viene rimossa dal controllo o dall'utenza. Pertanto, l'amplificazione si basa sulla conversione dell'energia elettrica di una sorgente di EMF costante nell'energia del segnale di uscita a causa di una variazione della resistenza dell'elemento controllato secondo la legge specificata dal segnale di ingresso.

I parametri principali dello stadio dell'amplificatore sono guadagno di tensione Ku= Esci / Ingresso U, guadagno di corrente K io= Io fuori / io dentro E guadagno di potenza

Tipicamente, negli stadi di amplificazione, tutti e tre i guadagni sono molto maggiori dell'unità. Tuttavia, in alcuni stadi di amplificazione, uno dei due guadagni può essere inferiore all'unità, cioè A U <1 или К I <1. Но в любом случае коэффициент усиления по мощности больше единицы.

A seconda di quale parametro del segnale di ingresso (tensione, corrente o potenza) deve essere aumentato utilizzando uno stadio di amplificazione, ci sono stadi di amplificazione di tensione, corrente e potenza. Lo stadio di tensione di amplificazione ha un guadagno, solitamente pari a diverse decine. Nella pratica ingegneristica, molto spesso è necessario ottenere un guadagno di tensione molto più elevato, raggiungendo diverse migliaia e persino milioni. Per risolvere questo problema vengono utilizzati amplificatori multistadio, in cui ogni stadio successivo è collegato all'uscita del precedente.

A seconda del tipo di segnali da amplificare, gli amplificatori si dividono in:

1. Amplificatori di segnali armonici

(segnali sonori della forma U (t) =U O +∑Ui*cos (ωt+φ);

2. Amplificatori di segnali impulsivi.

3. Amplificatori CC e CA.

4. Amplificatori di bassa e alta frequenza (20Hz - 20KHz).

5. Amplificatori ad alta frequenza.

6. Amplificatori a banda stretta ea banda larga.

7. Amplificatori selettivi.

8. Amplificatori aperiodici.

Metodi di connessione(collegamenti) gli stadi dipendono dall'amplificatore multistadio. Quindi, negli amplificatori CC, l'ingresso dello stadio successivo è collegato all'uscita dello stadio precedente direttamente o con l'ausilio di resistori. Tali amplificatori sono chiamati amplificatori accoppiati direttamente o resistivi .

condensatore amplificatore stabilizzazione termica monostadio

Negli amplificatori di tensione CA (UHF, ULF e TIPU), i condensatori e i resistori vengono spesso utilizzati per collegare le cascate. Tali amplificatori sono chiamati amplificatori con accoppiamenti resistivi-capacitivi.

Negli amplificatori selettivi, negli amplificatori di potenza, i trasformatori vengono talvolta utilizzati per collegare tra loro le cascate e per collegare la cascata di amplificazione con un dispositivo di carico. Tali amplificatori sono chiamati amplificatori accoppiati a trasformatore.

Condensatori e trasformatori negli amplificatori di tensione CA vengono utilizzati per separare la componente di tensione variabile (uscita) dalla componente di tensione CC sull'elemento controllato non lineare, che deriva dalla componente di corrente CC creata dalla sorgente EMF costante.

Secondo il metodo di accensione dell'elemento di amplificazione, esistono tre tipi principali di stadi di amplificazione, sia su transistor bipolari che ad effetto di campo.

Uno degli stadi di amplificazione più comuni sui transistor bipolari è cascata di emettitori comuni(OE a cascata).

Lo schema dello stadio di amplificazione di un transistor di tipo n-p-n con OE è mostrato in Fig. 2.

Uin, che necessita di essere amplificato, viene fornito dalla sorgente di oscillazione alla sezione Base-Emettitore. La Base è inoltre alimentata con una polarizzazione positiva dalla sorgente E1, che è la tensione diretta della giunzione dell'emettitore.

La corrente scorre nel circuito di base, quindi la resistenza di ingresso del transistor è piccola.

Per evitare la perdita di parte della tensione alternata in ingresso, la resistenza interna della sorgente E1 è deviata da un condensatore. A bassa frequenza, dovrebbe avere una resistenza molte volte inferiore alla resistenza di ingresso del transistor.

Il circuito del collettore è alimentato dalla sorgente E2. La tensione di alimentazione dei moderni stadi di amplificazione sui transistor bipolari è solitamente di 10-30 V.

Per ottenere una tensione di uscita amplificata, è inclusa una resistenza di carico.

Il funzionamento dello stadio amplificatore è il seguente. Immaginiamo il circuito del collettore sotto forma di un circuito equivalente (Fig. 3.).

La tensione di source E2 è suddivisa tra Rn e la resistenza interna del transistor rho, che fornisce corrente continua al collettore.

La resistenza interna del transistor è approssimativamente uguale alla resistenza della giunzione del collettore per corrente continua:

Se una sorgente di oscillazione è inclusa nel circuito di ingresso, allora quando cambia

la tensione cambia la corrente dell'emettitore. Ciò provoca una variazione di r ko, che porta a una ridistribuzione della tensione della sorgente E2 tra R o e r ko. In questo caso, la tensione alternata al carico può essere ottenuta dieci volte superiore all'ingresso.

La variazione della corrente del collettore è approssimativamente uguale alla variazione della corrente dell'emettitore ed è molte volte maggiore della variazione della corrente di base, quindi nel circuito considerato si ottengono un guadagno di corrente significativo e un guadagno di potenza molto elevato.

1.2 Amplificatori bipolari a transistor

Negli amplificatori basati su transistor bipolari vengono utilizzati tre schemi di connessione dei transistor: con una base comune (Fig. 4;

7), con un emettitore comune (Fig.5;

8), con collettore comune (Fig.6;

Fig.4 Fig.5 Fig.6

Fig.7 Fig.8 Fig.9

Le figure 4-6 mostrano i circuiti di commutazione dei transistor con circuiti di ingresso e uscita alimentati da fonti di alimentazione separate e le figure 7-8 - con circuiti di ingresso e uscita del transistor alimentati da un'unica fonte di tensione CC.

Gli amplificatori a transistor a base comune sono caratterizzati da guadagno di tensione, nessun guadagno di corrente, bassa impedenza di ingresso e alta impedenza di uscita.