Материал: Усилитель низкой частоты на транзисторах

Область верхних частот

На высоких частотах проявляются инерционные свойства транзистора. В результате чего уменьшается коэффициент усиления транзистора β и его усилительные свойства.

Постоянная времени усилителя в области высоких частот  определяется из соотношения:

 , где

Поскольку нагрузкой усилительного каскада будет выступать эмиттерный повторитель, то

4. Расчёт выходного усилительного каскада - эмиттерного повторителя

Электрическая схема эмиттерного повторителя представлена на рисунке 5.

Рисунок 5 - Электрическая схема принципиальная эмиттерного повторителя

4.1    Расчет эмиттерного повторителя по постоянному току

Выбор транзистора

Выберем кремниевый n-p-n транзистор КТ315Г со следующими параметрами:

-   статический коэффициент передачи тока в схеме с общим эмиттером β=50;

-        обратный ток коллектора I_К0=1 мкА;

         максимальное постоянное напряжение коллектор-эмиттер U_КЭmax=35 В;

         максимальный постоянный ток коллектора I_Kmax=100 м А;

         максимальная постоянная рассеиваемая мощность коллектора P_Кmax=150 мВт.

Для того, чтобы выходной сигнал имел возможно больший размах, следует выбрать напряжение покоя на эмиттере посередине между землёй и питанием. В схеме эмиттерного повторителя рабочая точка задаётся резистором, соединяющим базу транзистора с источником питания .

Для передачи максимальной мощности выбираем

Поскольку эмиттерный повторитель работает с максимальным уровнем выходного сигнала, то необходимо выбрать потенциал эмиттера в рабочей точке равным половине напряжения питания:

По закону Ома:

С помощью базового резистора смещения  в базу транзистора подаётся базовый ток , достаточный для поддержания требуемого тока эмиттера:

Ток  задаётся сопротивлением , включенным между базой транзистора и источником питания . Значение  определим по закону Ома:

Номинальное значение напряжения источника питания Е_К =18 В.

Несмотря на то, что для задания рабочей точки выбран простейший способ, он все же обладает свойством саморегулировки, компенсирующей разброс значений коэффициента β и температурные изменения тока транзистора. Это происходит следующим образом. При увеличении тока эмиттера вследствие указанных выше факторов возрастает напряжение на эмиттере транзистора U_БЭП, что приводит к уменьшению напряжения на сопротивлении R_б и, следовательно, к уменьшению тока I_бП. Транзистор подзапирается и напряжение на эмиттере транзистора уменьшается почти до исходного значения.

.2      Расчет эмиттерного повторителя по переменному току

Cоставим эквивалентную схему эмиттерного повторителя по переменному току для области средних частот (рисунок 6).

Рисунок 6 - Эквивалентная схема эмиттерного повторителя по переменному току для области средних частот.

Рассчитаем входное сопротивление R_ВХ эмиттерного повторителя. Из эквивалентной схемы, изображённой на рисунке 6 следует, что сопротивление усилительного каскада равно: R_ВХ= R_б||r_ВХТ, где r_ВХТ - входное сопротивление транзистора, которое равно:

, тогда

.

Рассчитаем входное сопротивление R_ВЫХ эмиттерного повторителя. Из эквивалентной схемы (рис.6) следует, что сопротивление усилительного каскада равно: R_ВЫХ= R_Э||r_Э

.

Рассчитаем коэффициент усиления по напряжению:

5. Частотные характеристики усилителя

Построим частотные характеристики для рассчитанного усилителя низкой частоты. При вычислении полного фазового сдвига учтем собственный фазовый сдвиг φ₀=180^○ усилительного каскада, построенного на транзисторе с общим эмиттером φ=φ₀+φ(ω).

Результаты расчётов АЧХ и ФЧХ усилителя представлены в таблице 1, графики характеристик представлены на рисунках 7 и 8.

Таблица 1 - Результаты расчёта частотных характеристик усилителя

5.1  Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ)

Рисунок 7 - График амплитудно-частотной характеристики усилителя

5.2  Фазо-частотная характеристика (ФЧХ)

Рисунок 8 - График фазо-частотной характеристики усилителя

Заключение

В результате проведенной работы рассчитан усилитель низкой частоты на двух транзисторах со следующими основными характеристиками:

­ коэффициент усиления по напряжению

­    входное сопротивление ;

­    выходное сопротивление ;

­    постоянное напряжение питания .

Схема электрическая принципиальная усилителя представлена в приложении А. Компоновка печатной платы усилителя представлена в приложении В.

Список использованной литературы

1        Оформление курсовых и дипломных проектов (работ): Методические указания / И.Е. Мясников, Ю.А. Онучин, С.И. Тимошенко. Екатеринбург: изд. ИПК УГТУ, 2001.64 с.

2       Полупроводниковые приборы: Транзисторы. Справочник / В.А. Аронов, А.В. Баюков и др. Под общ. ред. Н.Н. Горюнова. - М.: Энергоиздат, 1982. - 904 с., ил.

         Транзисторный усилительный каскад: Методические указания к курсовому проекту по дисциплине "Электротехника и электроника" / сост. И.Е. Мясников. - Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2007. - 32 с.

         Расчет предварительного усилителя на транзисторе: Методические указания по курсу "Общая электротехника и электроника" / сост. В.В. Муханов, В.И. Паутов - Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2009. -22 с.

Приложение А

Принципиальная схема

Рисунок А1 - Схема электрическая принципиальна я усилителя напряжения низкой частоты на транзисторах

Приложение Б

Выбор элементной базы и составление перечня элементов

Таблица Б1 - Перечень элементов

Приложение В

Компоновка печатной платы

Рисунок В1 - Монтажная схема платы усилителя напряжения низкой частоты на транзисторах