Контрольная работа №1 Аналитический расчет усилителя низкой частоты на транзисторе

Известны следующие способы расчета усилителей: графо-аналитический, используемый для усиления сигналов большой амплитуды, и аналитический - при малых амплитудах сигналов. В последнем случае можно употреблять систему h-параметров.

Не существует однозначной общепризнанной методики, по которой можно было бы точно рассчитать все элементы схемы. Поэтому на практике некоторые из параметров часто задают из полукачественных соображений, а остальные рассчитывают с учетом заданных величин. После полного расчета параметров такой схемы смотрят, не превышают ли они заданные. При недопустимых отклонениях изменяют исходные величины.

Таблица 1

В данном контрольном задании считаются заданными (см. табл. 1 в соответствии с номером варианта): тип транзистора; схема усилителя по рис.; рабочая точка транзистора в состоянии покоя; сопротивление коллекторного резистора R_к; наименьшая граничная частота усиления f_н; сопротивление нагрузки усилителя R_н; падение напряжения U_э на резисторе Rэ, величину которого выбирают в соответствии с требованиями температурной стабильности усилителя.

Рассчитывают: значения остальных элементов схемы, напряжения на этих элементах и протекающие через них токи, коэффициент усиления по напряжению в области средних частот К₀.

Некоторые из величин являются общими для всех вариантов, поэтому они не указаны в таблицах. Это коллекторный ток транзистора Iк=1 мА и напряжение между коллектором и эмиттером транзистора Uкэ = 5 В в состоянии покоя. Кроме того, сопротивление нагрузки усилителя R_н берут равным рассчитанному предварительно входному сопротивлению усилителя R_ax, т.е. считают, что данный усилитель имеет в качестве нагрузки такой же каскад усиления.

h-параметры транзисторов имеют сильный разброс и зависят от положения рабочей точки. В справочниках обычно приводятся предельные значения параметров: наименьшее и наибольшее. В табл. 1 для простоты дается некоторое среднее значение параметров для данного типа транзистора.

В приводимых далее формулах для расчетов всюду имеются в виду абсолютные значения токовой напряжений. В расчетах следует давать величины токов в миллиамперах, величины напряжений в вольтах и величины сопротивлений в килоомах. Все расчеты следует производить, используя логарифмическую линейку или микрокалькулятор, с точностью порядка 1%; однако после расчета величины напряжений округляют с точностью до 0,1 В, а величины сопротивлений резисторов и емкостей конденсаторов - с точностью ±10%. Следует иметь в виду, что большинство из приводимых здесь формул являются также приближенными. Вывод этих формул приводится в рекомендуемой литературе.

Порядок расчета

1. Определяют падение напряжения на коллекторном резисторе в состоянии покоя:

U_K = R_кIk

2.Рассчитывают ток базы транзистора в состоянии покоя:

I_б = I_к / h_21э

3. Ток делителя, протекающий по резисторам R1R2, берут в 10 раз больше тока базы:

Iд=10I_б.

4. Рассчитывают напряжение питания схемы как сумму трех напряжений:

E_к= U_KЭ + U_K+U_Э.

5. Определяют падение напряжения на резисторе R₂ делителя как сумму двух напряжений:

U₂ = U_Э + U_бЭ

Величина UЭ задана в таблице, а величину U_бЭ считают равной для всех вариантов 0,2 В (на практике для германиевых транзисторов она обычно колеблется в пределах 0,2-0,3 В).

6. Определяют падение напряжения на резисторе R1 как разность напряжений питания Е_к и падения напряжения на резисторе R2:

U1= e_k- U2

7. Рассчитывают сопротивление резистора R2 по закону Ома:

R2 = U2./ Iд

8. При расчете сопротивления резистора R1 нужно учитывать, что через него протекает сумма токов:

R1 = U1(Iд + Iб)

9. Находят входное сопротивление усилителя R_BX как эквивалентное сопротивление трех включенных параллельно резисторов R₁, R₂ и h_11Э.

10. Сопротивление нагрузки усилителя берут такой же величины:

R_н = R_вх.

11. Рассчитывают сопротивление резистора R_Э по закону Ома:

RЭ = UЭ / (Iк + Iб)

12. Оценивают величину емкости шунтирующего конденсатора С_э по приближенной формуле

13. Оценивают емкость разделительного конденсатора на входе схемы по приближенной формуле

14. Емкость разделительного конденсатора на выходе схемы оценивают по аналогичной формуле, но вместо Rвх берут Rн:

15. Определяют коэффициент усиления по напряжению в области средних частот:

где Rкн - сопротивление, эквивалентное параллельно включенным сопротивлениям Rк Rн и Rвых. Rвых – выходное сопротивление транзистора:

Rвых=1/h22Э

16. Рассеиваемая на коллекторе транзистора мощность Pк = U_KЭ I_K не должна превышать максимально допустимой мощности Р_к max, величина которой приводится также в табл. 1 .

17. Рассчитывают мощность, рассеиваемую отдельно на резисторах R_K и R_Э. Резисторы выбирают такого типа, чтобы их максимальная рассеиваемая мощность не менее чем в два раза превышала рассчитанную величину мощности.

В представляемый отчет по контрольной работе входят:

а) схема рис. с обозначениями элементов, величин напряжений между отдельными точками и указанием путей токов;

б) переписанная таблица исходных данных для нужного варианта;

в) расчет величин по пунктам 1-17.

г) графики зависимости напряжений от времени: на входе схемы, на базе относительно эмиттера, на коллекторе относительно эмиттера, на нагрузке; при этом предполагается, что на вход схемы поступает синусоидальное напряжение небольшой амплитуды;

д) краткое описание принципа работы схемы и назначение отдельных ее элементов.