Читайте также:
|
В схеме включения транзистора с общим эмиттером усилитель обеспечивает усиление по напряжению, по току, по мощности. Такой усилитель имеет средние значения входного и выходного сопротивления по сравнению со схемами включения с общей базой и общим коллектором.
В режиме покоя, т.е. при отсутствии входного сигнала (U вх = 0), постоянный ток I БО под действием Е К проходит по цепи + Е К – Э- Б- R Б - -Е К. Величина этого тока подбором значений R Б задается такой, чтобы транзистор был полуоткрыт, т.е. напряжение на нем составляло бы примерно половину E К. В свою очередь, при большом токе базы транзистор полностью открывается, т.е. его сопротивление между эмиттером и коллектором очень мало, напряжение U ЭК почти нулевое, а при I Б = 0 транзистор полностью закрыт, т.е. сопротивление велико и он практически не пропускает ток I К.
Конденсатор С р1 служит для включения источника переменной входной ЭДС Е вх, с внутренним сопротивлением R вх в цепь базы. Конденсатор связи С р2 служит для выделения на нагрузке R н переменной составляющей коллекторного напряжения.
18. Определение начальных условий, обеспечивающих заданный режим работы усилителя с ОЭ
Рассмотрим RC-усилитель в котором транзистор включен до схеме с общим эмиттером и используется эмиттерная стабилизация начального, режима работы.
Токи в цепи находят по формулам:
Предположим, что i Б = i Б2 , тогда:
Предположим, что напряжение питания Ек задано и требуется обеспечить начальный режим работы при заданном начальном токе I К Н.
Учитывая, что i Э » i K:
Выбирается ток i дел делителя напряжения на резисторах R 1 и R 2 , протекающий при отключении базы транзистора от делителя.
Важным параметром является коэффициент усиления усилителя по напряжению, который находят по формуле:
19. Операционные усилители (ОУ): области применения, условное графическое изображение, структурная схема. Назначение элементов структурной схемы
Страница 1 из 2
Принцип работы транзисторного усилителя основан на том, что с помощью небольших изменений напряжения или тока во входной цепи транзистора можно получить значительно большие изменения напряжения или тока в его выходной цепи.
Изменение напряжения эмиттерного перехода вызывает изменение токов транзистора. Это свойство транзистора используется для усиления электрических сигналов.
Для преобразования изменений коллекторного тока, возникающих под действием входных сигналов, в изменяющееся напряжение в коллекторную цепь транзистора включают нагрузку. Нагрузкой чаще всего служит резистор или колебательный контур. Кроме того, при усилении переменных электрических сигналов между базой и эмиттером транзистора нужно включить источник постоянного напряжения, называемый обычно источником смещения, с помощью которого устанавливается режим работы транзистора. Этот режим характеризуется протеканием через его электроды при отсутствии входного электрического сигнала некоторых постоянных токов эмиттера, коллектора и базы. С применением дополнительного источника увеличиваются размеры всего устройства, его масса, усложняется конструкция, да и стоят два источника дороже, чем один. В то же время можно обойтись одним источником, употребляемым для питания коллекторной цепи транзистора. Одна из таких схем усилителя показана на рисунке.
В этой схеме нагрузкой усилителя является резистор R K , а используя резистор R б, задают необходимый ток базы транзистора. Если режим работы транзистора задан (при этом часто говорят, что задана рабочая точка на характеристиках транзистора), становятся известными ток базы и напряжение U БЭ, а сопротивление резистора R б, обеспечивающего этот ток, можно определить по формуле:
R б =(G K -U БЭ)/I Б.
Так как U БЭ обычно составляет не более 0,2...0,3В для германиевых транзисторов и 0,6...0,8 В — для кремниевых, а напряжение G K измеряется единицами или даже десятками вольт, то U БЭ <
R б ≈G K /I Б.
Из выражений следует, что независимо от типа транзистора VT ток его базы будет постоянным: I Б = G K /R б. Поэтому такая схема получила название схемы с общим эмиттером (ОЭ)
и фиксированным током базы.
Режим работы транзистора в усилительном каскаде при постоянных токах и напряжениях его электродов называют исходным, или режимом покоя.
Включение нагрузки в коллекторную цепь транзистора приводит к падению напряжения на сопротивлении нагрузки, равному произведению I K R K .
В результате напряжение, действующее между коллектором и эмиттером Uкэ транзистора, оказывается меньше, чем напряжение G K источника питания на величину падения напряжения на сопротивлении нагрузки, т. е.:
U КЭ =G K -I K R K .
Если эту зависимость отобразить графически на семействе статических выходных характеристик транзистора, то она будет иметь вид прямой линии. Для ее построения достаточно определить всего две принадлежащие ей точки (так как через две точки можно провести только одну прямую). Каждая точка должна быть задана двумя координатами: I K и U КЭ.
Задавшись конкретным значением одной из координат, определяют вторую координату, решая уравнение U КЭ =G K -I K R K . Прямая, построенная в соответствии с уравнением на семействе статических выходных характеристик, транзистора, называется нагрузочной прямой.
Нагрузочная прямая, показанная на рисунке (а), построена для случая, когда G K =10В и R К =200 Ом.
1-я точка: =0;U КЭ =G K —0R K =G K =10 В;
2-я точка: I K =30 мА; U КЭ =10—30-10^3-200=10—6=4 В.
Если в исходном режиме (режиме покоя) ток базы равен 2 мА, этот режим будет определяться точкой A, лежащей на нагрузочной прямой в месте пересечения ее со статической выходной характеристикой, полученной при I БО =2 мА. При этом I КО =20 мА; U КЭO =5,8 В. Если перенести точку A на семейство входных характеристик (рис., б), можно найти U БЭО. Оно равно 0,25 В.
При подаче на вход усилителя переменного напряжения с амплитудой 50 мВ (0,05 В) на оси напряжений входных характеристик относительно напряжения U БЭО =0,25 В откладывают по обе стороны отрезки, соответствующие напряжению 0,05 В, и из их концов восстанавливают перпендикуляры к оси U БЭ до пересечения со статической характеристикой, на которой расположена точка А, обозначающая режим покоя усилителя. В точках пересечения перпендикуляров с характеристикой проставляют буквы В и С. Таким образом, при поступлении на вход переменного напряжения режим работы будет уже определяться не точкой А, а ее перемещениями между точками В и С. При этом ток базы изменяется от 1 до 3 мА. Другими словами, переменное напряжение на входе усилителя приводит к появлению переменной составляющей в его входном токе — токе базы. В данном примере амплитуда переменной составляющей тока базы, как видно из рисунка, равна 1 мА.
Точки B и С можно перенести на семейство выходных характеристик. Они будут находиться в местах пересечения нагрузочной характеристики со статическими, полученными при токах базы, равных 1 и 3 мА. Из этого рисунка, видно, что в режиме с нагрузкой появилась переменная составляющая коллекторного напряжения. Иначе, коллекторное напряжение теперь не остается постоянным, а изменяется синхронно
с изменениями входного напряжения. Причем изменение коллекторного напряжения ΔU КЭ =7,5—4,3=3,2В оказывается больше изменения входного напряжения ΔU БЭ =0,3—0,2=0,1В в 32 раза; т. е. получено усиление входного напряжения в 32 раза.
Поскольку напряжение источника питания G K постоянное, изменение коллекторного напряжения равно изменению напряжения на резисторе коллекторной нагрузки, т. е.ΔU КЭ = ΔI К R К. Из этого выражения видно, что чем больше сопротивление резистора R К, тем сильнее изменяется на нем напряжение и тем больше будет усиление. Однако увеличивать сопротивление резистора R K можно лишь до некоторого предела, превышение которого может привести даже к снижению усиления и появлению больших искажений усиливаемого сигнала.
В усилителе, схема которого приведена на верхнем рисунке, режим работы транзистора определяется током базы, который устанавливается резистором R б. Режим работы транзистора можно также установить, подав на его эмиттерный переход напряжение с делителя R1R2.
Ток делителя I Д, протекающий через резисторы R1 и R2, вызывает на сопротивлении резистора R2 падение напряжения, которое подается на эмиттерный переход транзистора и смещает его в прямом направлении. Это напряжение определяется в основном соотношением сопротивлений резисторов R1,R2 и протекающим через них током I Д и почти не зависит от типа транзистора. Поэтому такую схему иногда называют схемой с фиксированным напряжением смещения.
Министерство образования Республики Беларусь
ГОМЕЛЬСКИЙ ГОСУДАСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
им. П.О.СУХОГО
наименование факультета _______АИС __________________
"УТВЕРЖДАЮ"
зав. кафедрой _____________
"______" _____________2002 г.
З А Д А Н И Е
по курсовому проектированию
Студенту Ильину Е. В. ПЭ- 21
1. Тема проекта Однокаскадный усилитель на биполярном транзисторе в схеме включения
с общим эмиттером. Фиксированный ток базы, мостовой выпрямитель ________________
2. Сроки сдачи студентом законченного проекта май-2002 __________________________
3. Исходные данные к проекту._________________________________________________ _____
_________________U н m=8.7 В .__________________________________________________ ______
_________________R н = 19 0 Ом .________________________________________________ ______
R к = 190 0 Ом .____ _____________________________________________ ______
R Г =240 Ом__________________________________________________ ______
fн=45 Гц__________________________________________________________
1. Определить координаты , Ек. Построить линии нагрузки. Выбрать транзстор__
2. Определить и элементы, обеспечивающие режим покоя ._ ________________
3. Графоаналитический расчет параметров усилителя _________________________________
5. Определить параметры усилителя Rвх, К u , К i через h-параметры.______________________
9. Построить временные диаграммы сигналов (частота 1кГц)____________________________
а) Ег(t), Uвх(t), Uб(t), Uэ(t); б) I б (t), I г (t); в) Iк(t), Iн(t), Iпит(t);_____________________
в) Uб(t), Uэ(t), Uк(t), Uн(t), Ек; д) U2(t), Uв(t), Uст(t)=Ек(t)._____________________________
11. Начертить схему электрическую принципиальную устройства_________________________
5. Перечень графического материала. __________________________________________________
Линии нагрузки, статические ВАХ транзистора, временные диаграммы сигналов,____ ________
схема электрическая принципиальая устройства.______________________________________
___________________________________________________________________________________
6. Консультанты по проекту (с указанием разделов проектов).______________________________
______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
7. Календарный график работы над проектом на весь период проектирования _______________
__________________________________________________________________________________
Руководитель ______________
Задание принял к исполнению.
___________________________________________ (дата и подпись студента)
Исходные данные
1 Усилитель напряжения класса А на биполярном транзисторе в схеме включения с общим эмиттером.
N =8- номер варианта, r =3 - схема фиксированный ток базы.
Uнm=8.7 B - амплитуда напряжения на нагрузке;
Rн=1900 Оm - сопротивление нагрузки;
Rк=1900 Оm - сопротивление коллекторного резистора;
Rг=240 Om - сопротивление генератора (источника гармонического сигнала);
3 Мостовой выпрямитель и фильтр.
Расчет усилителя в схеме включения с ОЭ
1 Определить координаты точки покоя 0 , напряжение питания Ек. Построить статическую и динамическую линии нагрузки. Определить требования к транзистору по предельным параметрам и ВАХ. Выбрать транзистор.
Рассчитываем токи
Амплитуда тока нагрузки
Амплитуда тока резистора Rk
Амплитуда тока коллектора
Проверка для исключения дебютной ошибки:
Определяем эквивалентное сопротивление в цепи коллектора для переменной составляющей I к R кн =R к êêR н = (R к R н)/(R к +R н) и амплитуду тока коллектора Iкm=Uкm/Rкн.
Сопротивление на переменном токе 
Амплитуда тока коллектора 
Ток покоя выбирают из условия Iок>Iкm или Iок=Iкm+D I , где D I =1¸3 мA -минимальный ток коллектора.
Ток покоя коллектора Iok = Iкm +D I = 12 +2= 14 mA.
Напряжение покоя для исключения режима насыщения определяем из условия Uокэ>Uкm или Uокэ=Uкm+D U , где D U =2¸3 В -минимальное напряжение.
Напряжение покоя коллектор-эмиттер Uокэ=Uкm+DU= 3+1= 4 В.
Определяем напряжение питания:
Ек = Uокэ + Iок Rк =4 + 0.014 · 620 = 12.68 » 13 В.
Статическая линия нагрузки (СЛН) проходит через точки с координатами , и .
Напряжение U А – точка динамической нагрузки, прямая которая проходит через [Uокэ; Iок ]
U А =Uокэ+IокRкн= 4 + 0.014 · 250 = 7.5В.
Динамическая линия нагрузки (ДЛН) проходит через точки с координатами , и .
После построения линий нагрузки определяют предельные параметры транзистора:
Iк макс > UA/Rкн или Iк макс > Iок +Iкm, Uкэмакс > Ек, Ркмакс > Iок×Uокэ.
По расчитанным данным подбираем транзистор по справочнику.
Транзистор подбирается по следующему принципу:
I к max >I ок + I км = 14 + 12 =26 мА
U кэ max >Ек=13 В
P к max > U окэ × I ок = 14 × 4 = 56 мВт
Расчитанным данным удовлетворяет транзистор КТ312А (основные параметры которого см. Приложение А).
Построим статическую и динамическую линии нагрузки на отдельном листе, предварительно перенеся входные и выходные характеристики выбранного транзистора.
В усилителях на биполярных транзисторах используется три схемы подключения транзистора:с общей, с общим эмиттером, с общим коллектором.
В схеме включения транзистора с общим эмиттером усилитель обеспечивает усиление по напряжению, по току, по мощности. Такой усилитель имеет средние значения входного и выходного сопротивления по сравнению со схемами включения с общей базой и общим коллектором.
Параметры транзистора в значительной степени зависят от температуры. Изменение температуры окружающей среды приводит к изменению рабочего режима транзистора в простой схеме усилителя при включении транзистора с общим эмиттером.
Для стабилизации режима работы транзистора при изменении температуры используют схемы эмиттерной стабилизации режима работы транзистора.
На рисунках 5.14 и 5.15 приведены схемы однокаскадных усилителей на биполярных транзисторах n-p-n и p-n-p типов с эмиттерной температурной стабилизацией режима работы транзистора.
Проследим цепи, по которым протекают постоянные токи в усилителе по схеме рисунка 5.14. Постоянный ток делителя напряжения протекает по цепи: плюс источника питания, резисторы R1, R2, минус источника питания. Постоянный ток базы транзистора VT1 протекает по цепи: плюс источника питания, резистор R1, переход база-эмиттер транзистора VT1, резистор Rэ, минус источника питания. Постоянный ток коллектора транзистора VT1 протекает по цепи: плюс источника питания, резистор RК, выводы коллектор-эмиттер транзистора, резистор Rэ, минус источника питания. Биполярный транзистор в составе усилителя работает в режиме, когда переход база-эмиттер смещен в прямом направлении, а переход база-коллектор - в обратном. Поэтому постоянное напряжение на резисторе R2 будет равно сумме напряжения на переходе база-эмиттер транзистора VT1 и напряжения на резисторе Rэ:UR2=Uбэ+URэ. Отсюда следует, что постоянное напряжение на переходе база-эмиттер будет равноUбэ= UR2 - URэ.
Загрузка...
