На основании исходных данных провести расчет усилительного каскада, на биполярном транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером. Представить описание принципа действия усилительного каскада с описанием назначения отдельных элементов схемы. Величина тока коллектора Ik выбирается в пределах 1-3 мА. Сопротивление нагрузки усилительного каскада Rн=4÷5∙R4.
При выполнении схемы конкретного усилительного каскада необходимо учитывать тип транзистора (p-n-р или n-p-n). Для определения типа транзистора можно воспользоваться любым справочником по биполярным транзисторам.
Таблица 5 – Расчетные данные к задаче 5.
Вариант Тип транзистора h11э,
Ом
h12э,
×10-3
h21э
h22э,
Ом-1
×10-6
R4,
кОм
Uэ,
В
fн,
Гц
1 2 3 4 5 6 7 8 9
1 КТ342А 4 000 5 200 0,5 5,1 2 30
Описание принципа действия усилительного каскада
В электронике усилителем называется устройство, преобразующее энергию источника питания в энергию усиливаемого сигнала. Как правило, усилитель состоит из усилительных каскадов(в простейшем случае из одного), соединенных последовательно.
Каждый усилительный каскад представляет собой законченный функциональный узел, содержащий один или несколько активных элементов (транзисторов) и пассивные R-C цепи, обеспечивающие их функционирование в заданном режиме.
Как элемент электрической цепи, транзистор может быть включен таким образом, что один его вывод является входом, второй – выходом, а третий оказывается общим между входом и выходом. В зависимости от того, какой вывод транзистора будет общим различают три способа включения: с общим эмиттером, общей базой и общим коллектором.
Каждый из перечисленных способов включения имеет свои преимущества и недостатки, но наибольшее распространение получили усилительные каскады на основе транзисторов, включенных по схеме с общим эмиттером. На рисунке 6 представлена простейшая принципиальная схема подобного усилительного каскада.
Рисунок 5.1 – Принципиальная схема усилительного каскада.
Установка и стабилизация режима работы транзистора по постоянному току осуществляется с помощью базового делителя на резисторах R1, R2 и резистора в цепи эмиттера R3.
Связь каскада по переменному току с источником усиливаемого сигнала осуществляется с помощью конденсатора связи Cр1. Нагрузка каскада подключается к коллекторной цепи через конденсатор Cр2. Для увеличения коэффициента усиления по напряжению эмиттерный резистор R3 зашунтирован конденсатором C3.
Усиливаемый сигнал подается на базу транзистора через разделительный конденсатор Cр1. Вследствие того, что база транзистора соединена с базовым делителем, входное сопротивление каскада оказывается меньше входного сопротивления собственно транзистора. Поэтому величину сопротивлений базового делителя выбирают такой, чтобы уменьшение входного сопротивления было незначительно.
Но в любом случае некоторая часть тока входного сигнала бесполезно теряется в цепи базового делителя, оставшаяся часть тока поступает на базу транзистора и усиливается в соответствующее число раз.
Усиленный транзистором ток делится следующим образом: одна часть этого тока протекает через коллекторный резистор, другая часть теряется за счет наличия выходного сопротивления транзистора, остальная часть выходного тока через разделительный конденсатор Cр2 поступает в нагрузку, на которой создается выходное напряжение усиленного сигнала.
Качество функционирования усилительного каскада всецело зависит от правильности выбора пассивных элементов, обеспечивающих оптимальный режим работы транзистора.
Одним из методов аналитического расчета усилительного каскада является расчет с использованием так называемых h-параметров (гибридных параметров) транзистора, позволяющий рассматривать транзистор как активный линейный четырехполюсник.
На практике используются следующие h-параметры:
h11 – входное сопротивление транзистора при коротком замыкании на выходе;
h12 – коэффициент обратной связи по напряжению при холостом ходе на выходе;
h21 – коэффициент усиления(передачи) тока при коротком замыкании на выходе;
h22 – выходная проводимость транзистора при холостом ходе на выходе.
Преимущество h-параметров заключается в простоте их непосредственного измерения, в то же время значения h-параметров зависят от способа включения транзистора (с общим эмиттером, общим коллектором или общей базой), поэтому параметры отдельных схем снабжают соответствующими индексами.
Нужно полное решение этой работы?
Решение
Принимаем величину тока коллектора Ik в пределах 1-3 мА
Ik=2 мА. 5.1
Сопротивление нагрузки усилительного каскада
Rн=4÷5∙R4=4,5∙5,1=22,95 кОм. 5.2
Определяем падение напряжения на коллекторном резисторе в состоянии покоя
Ukн=Ik∙R4=2∙10-3∙5,1∙103=10,2 В. 5.3
Рассчитываем ток базы транзистора в состоянии покоя
Iб=Ikh21э=2200=0,01 мА. 5.4
Определяем ток, протекающий по резисторам базового делителя
Iд=5∙Iб=5∙0,01=0,05 мА. 5.5
Рассчитываем требуемое напряжение питания усилительного каскада
Ek=Ukэ+Ukн+Uэ; 5.6
Ek=5+10,2+2=17,2 В.
Определяем падение напряжения на резисторе R2, принимая значение Uбэ=0,6 В
U2=Uэ+Uбэ=2+0,6=2,6 В
. 5.7
Определяем падение напряжения на резисторе R1, как разность напряжений питания Ek и падения напряжения на резисторе R2
U1=Ek-U2=17,2-2,6=14,6 В. 5.8
Рассчитываем сопротивление резистора R2
R2=U2Iд=2,60,05∙10-3=52 кОм. 5.9
Рассчитываем сопротивление резистора R1
R1=U1Iд+Iб=14,60,05+0,01∙10-3=243,333 кОм. 5.10
Находим входное сопротивление схемы Rвх, как эквивалентное сопротивление трех параллельно включенных резисторов R1, R2, h11э
Rвх=R1∙R2∙h11эR1∙R2+R2∙h11э+R1∙h11э; 5.11
Rвх=243,333∙52∙4243,333∙52+52∙4+4∙243,333=3,658 кОм.
Рассчитываем сопротивление эмиттерного резистора
R3=UэIk+Iб=22+0,01∙10-3=995,025 кОм
Задать вопрос
на новый заказ в Автор24.
