Контрольная работа: Расчёт усилительного каскада на биполярном транзисторе

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А."

Кафедра "Радиоэлектроника и телекоммуникации"

Контрольная работа

Расчёт усилительного каскада на биполярном транзисторе

Саратов 2019 г.

Задание: Требуется провести расчет усилительного каскада на биполярном транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером и с температурной стабилизацией за счет отрицательной обратной связи.

В соответствии с вариантом считаются заданными:

· Тип транзистора;

· Рабочая точка транзистора в состоянии покоя;

· Сопротивление резистора в цепи коллектора Rк;

· Наименьшая граничная частота fн;

· Падение напряжения на резисторе Rэ, которое выбирают в соответствии с требованиями к температурной стабилизации усилителя.

Общими для всех вариантов величинами являются:

· Коллекторный ток транзистора Iк 0 = 1мА;

· Напряжение между коллектором и эмиттером Uкэ 0 = 5 В в состоянии покоя;

· Сопротивление нагрузки усилителя берут равным рассчитанному ранее входному сопротивлению усилителя Rвх, т.е. считают, что данный усилитель имеет в качестве нагрузки такой же каскад усиления.

Рассчитать:

1. Параметры остальных элементов схемы;

2. Напряжение на этих элементах и протекающие через них токи;

3. Коэффициент усиления по напряжению в области средних частот.

4. Нарисовать схему усилительного каскада и объяснить ее работу. На схеме должны быть представлены все элементы, рассчитанные в семестровой работе, токи и напряжения на всех элементах схемы.

Расчет

Рис.1 - Схема усилительного каскада на биполярном транзисторе с общим эмиттером

Задан транзистор МП-14.

Для этого транзистора

h11Э = 930Ом;

h12Э = 7*10-3;

h21Э = 30;

h22Э = 100*10-6 См;

RК = 4,7 кОм;

UЭ 0 = 2,3 В;

fН = 15 Гц;

PКmax = 0,15 Вт.

Общие данные:IК 0 = 1 мА;UКЭ 0 = 5 В;RН = Rвх.

Решение

1. Падение напряжения на резисторе в состоянии покоя

UК 0 = IК 0RК = 1*10-3*4,7*103 = 4,7 В

2. Ток базы в состоянии покоя

IБ 0 = IК 0/ h21Э = 10-3/30 = 0,03*10-3 А = 0,03 мА

Ток делителя напряжения

IД = 9*0,03 = 0,27 мА.

Ток делителя принимается равным (5…10) IБ 0.

3. Напряжение питания усилителя

ЕК = UКЭ 0 + UК 0 + UЭ 0 (по второму закону Кирхгофа).

ЕК = 5 + 4,7 + 2,3 = 12 В.

4. Падение напряжения на резисторе R2

U2 = UЭ 0 + UБЭ 0.

UБЭ 0 для германиевых транзисторов принимают равным (0,2…0,3) В.

U2 = 2,3 + 0,2 = 2,5 В.

5. Падение напряжения на резисторе R1

U1 = ЕК - U2 = 12 - 2,5 = 9,5 В.

6. Сопротивление R2

R2 = U2/IД = 2,5/0,27*10-3 = 9,26*103 Ом = 9,26 кОм.

Принимаем номинальное сопротивление резистора 10 кОм.

7. Сопротивление R1

R1 = U1/(IД + IБ 0) = 9,5/(0,27 + 0,03)*10-3 = 31,7*103 Ом = 31,7 кОм.

Принимаем номинальное сопротивление резистора 33 кОм.

8. Входное сопротивление Rвх усилителя определяется параллельным включением сопротивлений R1, R2 и входным сопротивлением транзистора h11Э

Тогда 1/Rвх = 1/R1 + 1/R2 + 1/h11Э.

1/Rвх = 1/33000 + 1/10000 + 1/930 = 1,206*10-3 См;

Rвх = 829 Ом.

9. Сопротивление нагрузки усилителя Rн по условию задачи принимаем равным входному сопротивлению, поскольку нагрузкой усилительного каскада служит другой такой же каскад

Rн =Rвх = 829 Ом.

10. Сопротивление RЭ

RЭ = UЭ 0/(IК 0+IБ 0) = 2,3/(1 + 0,03)*10-3 = 2,23*103 Ом = 2,23 кОм.

Принимаем номинальное сопротивление резистора 2,2 кОм.

11. Емкость шунтирующего конденсатора в эмиттерной цепи СЭ выбирается по нижней границе частоты с учетом эмиттерного дифференциального сопротивления транзистора rЭ

СЭ> 1/2рfнrЭ, где rЭ = 2h12Э/h22Э.

rЭ = 2*7*10-3/100*10-6 = 0,14*103 Ом = 140 Ом;

СЭ = 1/2р*15*140 = 0,0000758 Ф = 75,8 мкФ.

Принимаем емкость конденсатора СЭ = 76 мкФ.

12. Емкость разделительного конденсатора Ср 1 на входе усилителя

С 1> 1/2рfнRвх = 1/2р*15*829 = 0,0000127 Ф = 12,7 мкФ.

Принимаем емкость конденсатора С 1 = 15 мкФ.

13. Емкость разделительного конденсатора на выходе усилителя С 2

С 2 = С 1 = 15 мкФ.

14. Коэффициент усиления по напряжению

КU = h21ЭRкн/h11Э.

Rкн - сопротивление нагрузки усилителя, которое принимается равным сопротивлению параллельного соединения Rк, Rн и Rвых.

1/Rкн = 1/Rк + 1/Rн +1/Rвых, где Rвых = 1/h22Э;

1/Rкн = 1/4700 + 1/829 + 100*10-6 = 1,52*10-3 См;

Rкн = 658,3 Ом. транзистор биполярный эмиттер

Коэффициент усиления

КU = 30*658,3/930 =21,2.

15. Мощность, рассеиваемая на коллекторе

РК = UКЭ 0IК 0 = 5*10-3 = 0,005 Вт.

По условию РКmax = 0.15Вт.

Таким образом, РК< РКmax.

Ответы:

R1 = 33 кОм; R2 = 10 кОм; RЭ = 2,2 кОм; Rн = 829 Ом;

С 2 = С 1 = 15 мкФ; СЭ = 76 мкФ; КU = 21.

Примечания.

1. Номинальные сопротивления резисторов стандартизированы. Для постоянных резисторов согласно ГОСТ 2825 - 67 установлено 6 рядов: Е 6, Е 12, Е 24, Е 48, Е 96, Е 192. Цифра после буквы Е указывает число номинальных значений в каждом десятичном интервале.

1. Таблица 2.2 - Номинальные сопротивления по рядам

Номинальные сопротивления в каждой декаде соответствуют указанным в таблице 2.2 числам или числам, полученным умножением или делением их на 10n, где n - целое положительное или отрицательное число.

2. Номинальные значения емкости конденсаторов стандартизированы и выбираются из определенных рядов чисел путем умножения или деления их на 10n, где n - целое положительное или отрицательное число. Наиболее употребляемые ряды номинальных емкостей приведены в таблице 2.3.

Таблица 2.3 - Номинальные емкости по рядам

Список рекомендуемой литературы

1. Лачин В.И., Савелов Н.С. Электроника: Учебн. пособие. -Ростов н/Д: изд-во "Феникс", 2002 г. -576с.

2. Прянишников В.А. Электроника: Полный курс лекций. -СПб.: КОРОНА принт, 2004. -416 с.

3. Павлов В.Н., Ногин В.Н. Схемотехника аналоговых электронных устройств: Учебник для вузов - М.: Горячая линия - Телеком, 2001. -320 с.