Составить и рассчитать схему транзисторного усилительного каскада с общим эмиттером, определить его коэффициент усиления KU , входное сопротивление Rвх и выходное сопротивление Rвых для условий холостого хода ( Rн ) и при включенной нагрузке Rн = 2 · Rк . Построить диаграммы напряжений на входе, коллекторе и нагрузке. В схеме предусмотреть эмиттерную стабилизацию режима работы транзистора. Исходные данные:
– напряжение питания Uп 12 B ;
– сопротивление резистора в цепи коллектора Rк = 560 Ом;
– частота входного сигнала f 400 Гц ;
– параметры транзистора h11 200 Ом, βст 60.
Решение
Расчет каскада начинают с определения рабочей точки транзистора (UК.р. , IК.р), обеспечивающей режим работы каскада в классе A .
Положение рабочей точки определяется из условия
Uк.р = 0,5·Uп
Uк.р = 0,5·12 = 6 В
Тогда напряжение на резисторе Rк в режиме покоя :
URк=UП-UК.р=12-6=6 В
Следовательно, ток коллектора в рабочей точке покоя:
IK.р=URкRK=6560=0,0107 А=10,7 мА
Сопротивление в цепи эмиттера транзистора принимают
RЭ=0,1…0,2∙RK=0,15·560=84 Ом
Выбираем из ряда Е24 RЭ = 82 Ом
Поскольку коэффициент передачи тока βст >> 1, то IК.р ≈ IЭ.р
Из уравнения
Uк.р = UЭ + UКЭ = RЭ∙IЭ.р+UКЭ
Определим Uкэ транзистора в режиме покоя:
UКЭ=UК.р-RЭ∙IЭ.р=6-82·0,0107=5,1 В
Используя коэффициент передачи транзистора βст , определим рабочий ток базы IБ.р. :
IБ.р=IK.рβСТ=10,760=0,1783 мА=178,3 мкА
По второму закону Кирхгофа для контура R2 , VT, RЭ :
0=R2∙I1-UБЭ-RЭ∙IЭ
Ток делителя обычно выбирают:
I1 (10…20) IБ.р.
I1 10 0,1783 = 1,783 мА
Напряжение база-эмиттер в рабочей точке для кремниевых транзисторов можно принять 0,6 В
. Тогда сопротивление R2 можно рассчитать:
R2=UБЭ+RЭ∙IЭI1=0,6+82∙0,01070,001783=828 Ом
Выбираем из ряда Е24 R2 = 820 Ом
По второму закону Кирхгофа для контура UП , R1 , R2 :
UП=R2∙I1+R1∙(I1+IБ.р)
Рассчитаем сопротивление R1:
R1=UП-R2∙I1(I1+IБ.р)=12-820*0,001783(0,001783+0,0001783)=5 373 Ом
Выбираем из ряда Е24 R1 = 5 600 Ом
Входное сопротивление усилительного каскада Rвх
RВХ=11h11+1R1+1R2=11200+15 600+1820=156,3 Ом
Выходное сопротивление Rвых для условия холостого хода ( Rн ) принимают равным Rк:
RВЫХ хх=RК=560 Ом
Выходное сопротивление Rвых при включенной нагрузке Rн = 2·Rк определяется как параллельное включение по переменному току резисторов RК и RH
RВЫХ=RК∙RНRК+RН=RК∙2∙RКRК+2∙RК=2∙RК3=2∙5603=373,33 Ом
Выбор значений емкостей конденсаторов С1, С2, Сэ обуславливается условием: реактивное сопротивление XС=1/C должно быть на порядок меньше соответствующих сопротивлений Ri (RВХ , RВЫХ , RЭ)
Определение значения емкости конденсатора С1
С1=10/(2f RВХ)
С1 = 10/(2·3,14 · 400 ·156,3) 25,4 мкФ
Из стандартного ряда номинальных значений Е12 выбираем:
C1 = 27 мкФ ±10%
Тип конденсатора – К50-16, рабочее напряжение 15 В.
Определение емкости конденсатора Сэ цепи эмиттера
Сэ=10/(2f RЭ)
Сэ = 10/(2·3,14 · 400 · 82) 47,4 мкФ
Из стандартного ряда номинальных значений Е12 выбираем:
CЭ = 56 мкФ ±10%
Тип конденсатора – К50-16, рабочее напряжение 15 В.
Определение емкости разделительного конденсатора С2 цепи нагрузки
С2=10/(2f RВЫХ)
С2 = 10/(2·3,14 · 400 · 373,33) 10,7 мкФ
Из стандартного ряда номинальных значений Е12 выбираем:
C2 = 12 мкФ ±10%
Тип конденсатора – К50-16, рабочее напряжение 15 В.
Коэффициент усиления по напряжению KU в режиме холостого хода:
KUxx=β∙RКh11=60∙560200=168
Коэффициент усиления по напряжению KU при включенной нагрузке Rн = 2·Rк :
KURн=β∙RК∙RНh11∙RК+RН=β∙RК∙2∙RКh11∙RК+2∙RК=
=β∙2∙RКh11∙3=60∙2∙560200∙3=112
Коэффициент усиления каскада по току КI :
KIxx=KUxx∙RВХh11=168∙156,3200=131,7
KIRн=KURн∙RВХh11=112∙156,3200=87,8
Коэффициент усиления по мощности KP :
KP= KU КI
KPxx = 168 · 131,7= 22 125,6
KPRн = 112 · 87,8= 9 833,6
Схема усилительного каскада:
Диаграммы напряжений на входе, коллекторе и нагрузке:
Литература:
Основы промышленной электроники [Текст] : учебник для вузов / В
Задать вопрос
на новый заказ в Автор24.
