Практическая работа №3 Тема: Изучение усилителей на биполярных транзисторах

1. 
   Теоретические сведения усилителя с общим эмитером
   

Схему каскаду із загальним колектором (ЗК)з емітерноюсхемою термостабілізації наведено на рисунку 3.1.



Рисунок 3.1 – Підсилювальний каскад із загальним колектором
Каскад ізЗКназивають ще "повторювачемнапруги" або "емітерним повторювачем", оскільки коефіцієнт передачіпо напрузі цього каскаду менший за одиницю, що випливаєз його подальшого аналізу.

При подачі на базу додатноїпівхвилі вхідного синусоїдального сигналу збільшуватиметься струм колектора, а отже, і струм емітера. У результаті спаду напруги наструмзбільшиться, тобтостанеться формування додатноїпівхвилі вихідної напруги. Таким чином, каскад ізЗК не інвертує вхідний сигнал.

Напруга сигналу, прикладена до емітерного переходу, є різницею між і. Чим більше (при заданому), тим меншою виявиться напруга, прикладена до емітерного переходу, що призводитиме до зменшення струму емітера і відповідно до зменшення, тобто в каскаді із ЗК виявляєтьсядія ОЗЗ, причому 100 %.

Характеристики БТ при різних схемах увімкненнянаведено в таблиці 3.1.
Таблиця 3.1– Характеристики БТ при різних схемах увімкнення

Параметр	Схема
	ЗЕ	ЗК
	Сотні Ом	Одиниці кОм
	Одиниці кОм	Одиниці, десятки Ом
	>>1	<1
	>>1	>>1

2.1. Загальний порядок розрахунку підсилювальних
каскадів на біполярнихтранзисторах

Виконання розрахунку підсилювальних каскадів на біполярних транзисторахнеобхідно починати в напрямку від вихідного ланцюга до вхідного.

Перед початком розрахунку підсилювального каскаду необхідно здійснити попередній вибір типу транзистора, ґрунтуючись на довідкових даних [5], заданих у завданні провідності транзистора, напруга живлення (параметр Uкевибраного транзистора має бути вище за напругу живлення схеми), коефіцієнт передачі струму бази транзистора (параметр h21 має бути не менше заданого в завданні параметра, струму колектора, який заздалегідь можна оцінити як Iк=h21(Iе(мА), де Iеберуть із завдання на розрахунково-графічну роботу (параметр I_кмах вибраного транзистора має бути не нижчий за набуте значення).

Підсилювальні властивості транзистора характеризуються статичними параметрами,статичний коефіцієнт передачі струму емітера транзистора, статичний коефіцієнт передачі струму бази транзистора.

Параметри і пов'язані співвідношеннями:

() ; ().

Потім після вибору транзистора виконується розрахунок елементів відповідної схеми згідно з п. 5.1або п. 5.2.

У разі, якщо отримані дані не відповідають потрібниму завданні, необхідно провести уточнювальний розрахунок, вибравши транзистор з великим значенням h21.

Наприкінці розрахунку потрібно виконати тип і номінал резисторів (відповідно до ряду), згідно з розрахованим значенням потужності та значенням опору [6], вибір типу і номіналів конденсаторів [7], вибіррознімань [8].

Розрахунок завершуєтьсярозробкою схеми електричної принципової (див. п. 1.5) і переліком елементів.

Додаткова інформація про роботу підсилювальнихкаскадів, розрахунок елементів та інші потрібні відомості можуть бути отримані в [9,11].

2.1.1. Порядок розрахунку підсилювача іззагальним емітером

Схему підсилювача зображено на рисунку 4.1.



Рисунок 4.1 – Схема електрична принципова підсилювача із загальним емітером.
1. Розрахувати ємність вихідного розподілювального конденсатора.

Розподілювальнийконденсатор С3 призначений для виключення протікання постійного струму в навантаження. Цей конденсатор разом з опором навантаження є фільтром високих частот. Розрахунок конденсатора проводиться згідно з наступним виразом:

С₃ = 1 / (2f_вхR_н);

де f_вх – вхідна частота; R_н – опір навантаження.

2. Розрахувати струм колектора.

Iк=h21*I_е;

де I_е – струм емітера (беремо згідно із завданням).

3. Розрахувати опір у ланцюзі колектора.

Напруга на колекторі зазвичай вибирається як половина напруги живлення, що забезпечує посилення сигналу з мінімальними спотвореннями, таким чином напруга на колекторі визначаєтьсязгідно з виразом:

Uк0=0,5*Ежив;

тоді опір R_к у ланцюзі колектора визначається як:

Rк= R3 = Uк0/Iк=0,5Ежив/Iк.

Потужність Р₃, що розсіюється на опорі R3у колекторному ланцюзі транзистора визначається як:

Р₃ = (Ик) ^2*R3.

4. Розрахувати опір у ланцюзі емітера.

Для визначення опору в ланцюзі емітера спочатку необхідно задати напругу на емітері Uе, яке зазвичай знаходиться в діапазоні 1...2 В. Точне значення Uевибирається згідно із завданням на розрахунково-графічну роботу.

Опір R_е визначається за законом Ома:

Rе= R4= Uе/Iе.

Струм емітера I_е вибирається в діапазоні (0,5...1,0) мА.

Потужність Р₄, що розсіюється на опорі R4у ланцюзі емітера визначається як:

Р₄ = (Iе) ^2*R4.

5.Розрахувати вхідний опір транзистора з боку бази.

Вхідний опір транзистора з боку бази h11визначається за формулою:

h11=R_е* ().

6. Розрахувати резистивний подільник у ланцюзі бази транзистора на постійному струмі.

Резистивний подільнику ланцюзі бази забезпечує слідкуючий зворотний зв'язок за температурою, шляхом стабілізації потенціалу бази транзистора відносно землі.

Якщо в режимі максимального сигналу струм подільникаIдперевищує струм бази Iб, то потенціал бази Uбвизначатиметься тільки напругою живлення Еживі співвідношенням резисторів R1, R2. Тому забезпечення температурної стабілізаціїрежиму забезпечується умовою:

I_д= Ежив/ (R1+R2)= I_е.

Потенціал бази U_б визначається як:

U_б= _d+Uе,

де (_d – статичний потенціал рn – переходу(для кременевих транзисторів (_d =0,6 …0,8В).

Резистори R1, R2визначатися як:

R2=Uб/I_д= (d+Uе)/Iе;

R1= (Eжив- Uб)/Iд= (Eжив- Uб) / То есть.

Потужності Р1, Р2розсіювані на опорах подільникаR1, R2:

Р₁ = (Iд) ^2*R1;

Р₂ = (Iд) ^2*R2.

7.Розрахувати резистивного подільникав ланцюзі бази транзистора на змінному струмі.

Еквівалентний опір подільникаR1, R2змінного струму Rд._екввизначається виразом:

Rд._екв= R1*R2/ (R1+ R2).

8.Розрахувати вхідний опір підсилювача.

На низьких частотах вхідний опір підсилювача R_вх є активним і відповідає паралельному з'єднанню опорів h11 і Rд._екв

R_вх.= h11*Rд.екв/ (h11 + Rд.екв).

9. Розрахувати ємністьвхідного конденсатора.

Розподілювальнийконденсатор С1 призначений для відділення постійної складової вхідного сигналу. Величина ємності конденсатора С1 визначається за формулою:

С1.1/(2fсигнRвх).

10.Розрахувати ємністьконденсатора в ланцюзі емітера.

Попередній розрахунок ємності виконується за заданим значенням статичного коефіцієнта підсиленняКу, за виразом:

_.

Розрахунок фазового зрушення в емітерному ланцюзі виконується як:

.

11.Виконатиперевірний розрахунок коефіцієнта підсилення.

_,

де ω = 2πf.

У випадку, якщо розрахункове значення коефіцієнта підсиленняК_u менше за задане, повторити розрахунок, вибравши транзистор з більшим значенням α. k