TRANZISTORSKA POJAČALA
Pojačala su među najčešćim. elektronski uređaji koji se koriste u sistemima automatizacije i radio sistemima. Pojačala se dijele na pretpojačala (naponske pojačivače) i pojačala snage. Tranzistorska pretpojačala, kao i cijevna pojačala, sastoje se od jednog ili više stupnjeva pojačanja. Štoviše, svi stupnjevi pojačala imaju zajednička svojstva, razlika između njih može biti samo kvantitativna: jednake struje, naponi, različite vrijednosti otpornika, kondenzatora itd.
Za stupnjeve predpojačanja najčešće se koriste otporna kola (sa reostatsko-kapacitivnim spregom). U zavisnosti od načina snabdevanja ulaznim signalom i dobijanja izlaza, kola pojačala su dobila sledeće nazive:
1. Sa zajedničkim emiterom - OE (Greška: Referentni izvor nije pronađen1).
2. Sa zajedničkom bazom - OB (Greška: Referentni izvor nije pronađen).
3. Sa zajedničkim kolektorom (emiter sljedbenik) - OK (Greška: referentni izvor nije pronađen3).
Najčešći je OE kaskadni krug, jer pruža najveće pojačanje signala u smislu snage. Kolo sa OB u pretpojačalima je rijetko. Emiterski sledbenik ima najveći ulazni i najmanji izlazni otpor od sva tri kola, pa se koristi u slučajevima kada ova karakteristika omogućava usklađivanje pojedinih delova pojačala u cilju poboljšanja kvaliteta pojačanja.
Hajde da razmotrimo stepen pojačala sa OE. Prilikom proračuna stepena pojačala obično je poznato sljedeće: 1) R n - otpor opterećenja za koji proračunski stepen mora raditi. Opterećenje također može biti slična kaskada; 2) I n.m – potrebna vrijednost amplitude struje opterećenja; 3) dozvoljena izobličenja frekvencije; 4) opseg radne temperature; 5) u većini slučajeva je specificiran napon napajanja kolektorskog kola.
Kao rezultat proračuna mora se odrediti: 1) tip tranzistora; 2) način rada izabranog tranzistora; 3) kaskadni parametri; 4) vrijednosti svih elemenata kola (otpornika, kondenzatora), njihovih parametara i tipova.
Proračun pojačala
Proračun tranzistorskog niskofrekventnog pojačala
sa reostatsko-kapacitivnom spregom
Redoslijed proračuna je dat za tranzistor spojen prema OE kolu (zajednički emiter). Slika 1 prikazuje dijagram stepena pojačala.
Početni podaci: 1) napon na kaskadnom izlazu U izlaz.m(napon opterećenja); 2) otpor opterećenja R n ; 3) niža granična frekvencija f n; 4) dozvoljena vrednost koeficijenta kaskadne frekventne distorzije u niskofrekventnom području M n; 5) napon napajanja E P .
Odrediti: 1) tip tranzistora; 2) način rada tranzistora; 3) otpor opterećenja kolektora R K ; 4) otpor u krugu emitera R E ; 5) otpor djelitelja napona R 1 I R 2 stabilizacija načina rada tranzistora; 6) kapacitet razdelnog kondenzatora CR; 7) kapacitivnost kondenzatora u emiterskom kolu WITH E; 8) naponsko pojačanje kaskade TO U .
Procedura izračunavanja
1. Odaberite tip tranzistora, vodeći se sljedećim razmatranjima:
a) U ke.dodaj (1.11.3) E P, U cap.add – najveći dozvoljeni napon između kolektora i emitera, dat u priručniku;
b)
I n.M – najveća moguća amplituda struje opterećenja; Dodajem – najviša dozvoljena struja kolektora, navedena u priručniku.
napomene: 1) Bilo koji tranzistor zadovoljava zadati temperaturni raspon.
2. Za odabrani tip tranzistora, zapišite iz referentne knjige vrijednosti koeficijenata strujnog pojačanja za OE min i M. Neke referentne knjige daju strujno pojačanje za OB kolo i početnu struju kolektora I kn. . Tada je =/(1-) (pri izboru načina rada tranzistora mora biti ispunjen uslov I k.min I dr.sc.). Za stupnjeve naponskog pojačala obično se koriste tranzistori male snage tipa P6; P13; P16; MP33; MP42 i drugi.
3. Način rada tranzistora je određen pravolinijom opterećenja, izgrađenom na familiji izlaznih statičkih (kolektorskih) karakteristika za OE. Konstrukcija linije opterećenja prikazana je u Greška: Referentni izvor nije pronađen. Linija opterećenja je konstruisana pomoću dve tačke: tačke 0 - tačka mirovanja (radna) i tačka 1, koja je određena naponom izvora napajanja. E P . Koordinate tačke 0 su struja mirovanja I k0 i napon mirovanja U ke0 (tj. struja i napon koji odgovaraju U ulazu = 0).
Možete uzeti I k0 = (1,05-1,2)I out (1,05-1,2)I n.M, ali ne manje od l mA:
U ke0 = U out.m + U ost,
gdje je U ost najmanji dozvoljeni napon U ke.
At U ke <U ost Javljaju se značajna nelinearna izobličenja, budući da radno područje uključuje područja karakteristika sa velikom zakrivljenošću. Za tranzistore male snage možete uzeti U oc t = l V.
4. Odredite vrijednosti otpora R TO I R E .
Na osnovu izlaznih karakteristika (Greška: Referentni izvor nije pronađen), određujemo R o = R TO + R E. Ukupni otpor u kolu emiter-kolektor
G 
de I – struja utvrđena tačkom 4, tj. tačka preseka linije opterećenja sa trenutnom osom.
P 
Uz pretpostavku da je R E = (015 0,25) R K, dobijamo
R E = R rev – R K
5. Odrediti najveće amplitudske vrijednosti ulaznog signala struje Iin.m i napona Uin.m, potrebne za osiguranje navedene vrijednosti, Uout.m. Postavljanjem minimalne vrijednosti strujnog pojačanja tranzistora min dobijamo:
T 
kada
Prema ulaznoj statičkoj karakteristici za kolo sa OE, uzetim na U ke= –5V (Greška: referentni izvor nije pronađen) i pronađene vrijednosti I b. min I I b. max pronađite vrijednost 2 U ulaz.m .
6. Odrediti ulazni otpor R ulaza kaskade naizmjeničnu struju (bez uzimanja u obzir djelitelja napona R 1 I R 2 ):
7
. Određivanje otpora razdjelnika R 1
To R 2
. Da biste smanjili ranžirni učinak razdjelnika na ulaznom krugu AC kaskade, uzmite
R 
1-2 (8 12) R in~
8. Odredite koeficijent stabilnosti kaskade:
gdje je M najveći mogući strujni dobitak odabranog tipa tranzistora.
Za normalan rad kaskade, koeficijent stabilnosti S ne bi trebao prelaziti nekoliko jedinica. (s 
)
9. Odredite kapacitivnost razdjelnog kondenzatora C p:
gdje je Rout.T – izlazni otpor tranzistora, određen izlaznim statičkim karakteristikama za OE kolo. U većini slučajeva R out.T >>R TO, pa možemo prihvatiti R van R TO + R N .
prihvaćeno za ugradnju 
1
1. Odredite naponsko pojačanje kaskade:
Bilješka. Dati postupak proračuna ne uzima u obzir zahtjeve za stabilnost kaskade.
A. Bepsky
RM. HF-VHF. 1/2002
Prilikom dizajniranja tranzistorskih pojačala, radio-amateri često ne izvode potpuni proračun kruga zbog složenosti i velikog obima proračuna. Kompjuterske metode za modeliranje radiotehničkih uređaja nesumnjivo olakšavaju proces projektovanja, ali stjecanje i savladavanje takvih programa također uzrokuje određene probleme, pa su grafičke metode proračuna za neke radio-amatere možda najprihvatljivije i najpristupačnije, na primjer, metoda opisana u.
Jedan od glavnih ciljeva pri dizajniranju pojačala je postizanje maksimalne izlazne snage. Međutim, pri odabiru napona napajanja pojačala mora se ispuniti uvjet - Uke max izlaznog tranzistora ne smije prelaziti za više od 10% vrijednost datu za njega u priručniku. Prilikom projektovanja potrebno je uzeti u obzir i referentne vrijednosti Ik max i Pk max tranzistora i, osim toga, znati vrijednost koeficijenta b.
Značenje korištene notacije ilustrovano je na slici 1. Koristeći referentne parametre tranzistora, na milimetarskom papiru je konstruisan koordinatni sistem Uk, Ik, a na njemu su ucrtane prave linije Ik max, Uke max i kriva maksimalne snage Pk max (slika 2). Radna tačka tranzistora nalazi se unutar područja ograničenog pravim linijama Ik max i Uke max i hiperbolom Pk max.
Fig.1
Izlazna snaga kaskade će biti veća što bliže hiperboli Pk max prolazi prava linija opterećenja.
Maksimalna snaga se postiže kada hiperbola dodirne pravu liniju. Maksimalni izlazni napon je obezbeđen ako linija opterećenja napusti tačku Uke max. Za istovremeno ispunjenje oba navedena uslova, prava linija koja izlazi iz tačke Uke max mora dodirivati hiperbolu Pk max.
Ponekad je potrebno dobiti veliku struju kroz izlazni tranzistor. U ovom slučaju potrebno je povući pravu liniju opterećenja iz tačke Ik max tangente na hiperbolu Pk max. Tranzistor će raditi u načinu rada klase A.
Odaberemo radnu tačku MP tranzistora tako da izlazni napon bude maksimalan i simetričan. Od radne tačke povlačimo ravne linije paralelne sa osama Uk i Ik. U tački ukrštanja sa Uk osom dobijamo vrednost kaskadnog napona napajanja, a u tački preseka sa Ik osom - vrednost struje mirovanja tranzistora (Iko). Nakon toga, znajući koeficijent u tranzistoru, možete odrediti baznu struju Ibo za odabranu radnu točku. Osim toga, možete izračunati druge kaskadne parametre koji su važni za programera. Treba imati na umu da otpor otpornika Re mora biti izabran što je moguće manji (u ekstremnom slučaju jednak nuli).
Da biste ilustrirali opisanu metodu za izračunavanje graničnih parametara pojačala snage, razmotrite algoritam za razvoj izlaznog stupnja na tranzistoru 2N3632 (približni analog - KT907).
Za ovaj tranzistor: Uke max = 40V; Pk max=23 W; Ik max=3 A; b=50...110 (za proračune uzimamo b=100); ft=400 MHz.
Grafički dobijamo sljedeće podatke: Up=16 V; Iko=1,36 A; Uout=30 V: Ikm=2.8A.
Odredite baznu struju:
Struja kroz razdjelnik:
Otpor razdjelnih otpornika.
Ministarstvo obrazovanja Ruske Federacije
Uralski državni tehnički univerzitet
Katedra za automatizaciju i upravljanje u tehničkim sistemima
PRORAČUN PRED POJAČALA
NA TRANSISTORU KT3107I
Kurs na
Elektronika
Student gr. R-291a A.S. Klykov
Učitelju
vanredni profesor, dr. V. I. Pautov
Ekaterinburg 2000
1. Preliminarni podaci za proračun pojačivača 3
2. Izbor tranzistora4
3. Proračun načina rada tranzistora za jednosmjernu struju 4
4. Odaberite napon napajanja 5
5. Proračun elemenata koji osiguravaju režim rada tr-ra5
6. Proračun kapaciteta S f, S 1, S 2, S e 7
7. Rezultati proračuna8
8. Frekvencijski odziv i fazni odziv pojačala 9
9. Reference 10
1. Preliminarni podaci za proračun pojačala
UH = 0,2 IN
RH = 0,3 kOhm
RS = 0,5 kOhm
tmax = 70 0 C
f n = 50 Hz
f in = 25 Hz
 |
2. Izbor tranzistora.
Za odabrani tranzistor, faktor kvalitete D t:
gdje je r¢ b zapreminski otpor baze, jednak 150 Ohm Kapacitet C do – kolektorskog spoja
Prema izračunatim podacima i iz uslova: R k max >R k, B min ³ B potrebno, ¦ in ³¦ in, potrebno biramo tranzistor KT3107I
3. Proračun načina rada tranzistora na bazi istosmjerne struje.
Struja kolektora Ik određena je formulom:
gdje je Rin = V * r e = 1k9 - ulazni otpor kaskade E c - izvor signala
Napon na kolektor-emiter U ke: Radna tačka tranzistora = 1,5 IN
I 0 k = 1,82 IN
4. Odabir napona napajanja.
Nađimo R e koristeći formulu:
gdje je S – temperaturni koeficijent
R b = (5¸10) R in = 5*1900 = 9500 Ohm– ukupni otpor baze
Nađimo U b:
Definirajmo R f:
Prema GOST-u biramo:
R 1 = 6k0 R 2 = 16k0 R e = 3k2 R f = k45
Provjerimo nejednakost:
I 0 k * R e + U 0 k e + I 0 k * R k + (I 0 k + I d) * R f ³ E k
5.824 + 1.5 + 2.5 + 1.179 ³ 5
11 ³ 5 – nejednakost je zadovoljena
Definirajmo za repetitor R e2:
U B2 = U K1 = I 0 e *R e + U 0 Ke = 1,82 mA * 3.2kOhm + 1.5IN = 7.32 IN
U Be2 = r¢ b * I 0 e = 150 * 1,82 mA = 0.27 IN
Nađimo Rin2 i Rout2:
Dobitak prve faze:
6. Proračun kapaciteta C f, C 1, C 2, C e.
gdje je K SG = 40 – koeficijent izglađivanja
f P = 100 Hz– frekvencija pulsiranja glavnog napajanja
| 8. Amplitudno-frekventne i fazno-frekventne karakteristike. | ||||||||||||||||
| 10 | 20 | 30 | 40 | 60 | 100 | 160 | 320 | 640 | 1280 | 2560 | 5120 | 10240 | 20480 | 40960 | 81920 | 163840 |
| 1 | 1.30103 | 1.47712125 | 1.60205999 | 1.77815125 | 2 | 2.20411998 | 2.50514998 | 2.80617997 | 3.10720997 | 3.40823997 | 3.70926996 | 4.01029996 | 4.31132995 | 4.61235995 | 4.91338994 | 5.21441994 |
| 62.8 | 125.6 | 188.4 | 251.2 | 376.8 | 628 | 1004.8 | 2009.6 | 4019.2 | 8038.4 | 16076.8 | 32153.6 | 64307.2 | 128614.4 | 257228.8 | 514457.6 | 1028915.2 |
| 0.2 | 0.4 | 0.6 | 0.8 | 1.2 | 2 | 3.2 | 6.4 | 12.8 | 25.6 | 51.2 | 102.4 | 204.8 | 409.6 | 819.2 | 1638.4 | 3276.8 |
| 5 | 2.5 | 1.66666667 | 1.25 | 0.83333333 | 0.5 | 0.3125 | 0.15625 | 0.078125 | 0.0390625 | 0.01953125 | 0.00976563 | 0.00488281 | 0.00244141 | 0.0012207 | 0.00061035 | 0.00030518 |
| 0.4 | 0.8 | 1.2 | 1.6 | 2.4 | 4 | 6.4 | 12.8 | 25.6 | 51.2 | 102.4 | 204.8 | 409.6 | 819.2 | 1638.4 | 3276.8 | 6553.6 |
| 4.6 | 1.7 | 0.46666667 | -0.35 | -1.56666667 | -3.5 | -6.0875 | -12.64375 | -25.521875 | -51.1609375 | -102.380469 | -204.790234 | -409.595117 | -819.197559 | -1638.39878 | -3276.79939 | -6553.59969 |
| 25 | 6.25 | 2.77777778 | 1.5625 | 0.69444444 | 0.25 | 0.09765625 | 0.02441406 | 0.00610352 | 0.00152588 | 0.00038147 | 9.5367E-05 | 2.3842E-05 | 5.9605E-06 | 1.4901E-06 | 3.7253E-07 | 9.3132E-08 |
| 0.16 | 0.64 | 1.44 | 2.56 | 5.76 | 16 | 40.96 | 163.84 | 655.36 | 2621.44 | 10485.76 | 41943.04 | 167772.16 | 671088.64 | 2684354.56 | 10737418.2 | 42949673 |
| 0.21242964 | 0.50702013 | 0.90618314 | 0.94385836 | 0.53803545 | 0.27472113 | 0.16209849 | 0.07884425 | 0.03915203 | 0.01954243 | 0.00976702 | 0.00488299 | 0.00244143 | 0.00122071 | 0.00061035 | 0.00030518 | 0.00015259 |
| 1.35673564 | 1.03907226 | 0.43662716 | -0.33667482 | -1.00269159 | -1.29249667 | -1.40797942 | -1.49187016 | -1.53163429 | -1.55125265 | -1.56102915 | -1.56591332 | -1.5683549 | -1.56957562 | -1.57018597 | -1.57049115 | -1.57064374 |
ANALITIČKI PREGLED
Niskofrekventna pojačala su zasnovana na bipolarnim tranzistorima i tranzistorima sa efektom polja u diskretnom ili integrisanom dizajnu razvijaju veoma nizak napon. Nema smisla direktno ga napajati stepenu za pojačavanje snage, jer je sa slabim upravljačkim naponom nemoguće postići značajne promjene izlazne struje, a time i izlazne snage. Blok dijagram pojačala, pored izlaznog stepena koji isporučuje potrebnu snagu, uključuje i stepene predpojačala.
Ove kaskade se obično klasifikuju prema prirodi otpora opterećenja u izlaznom krugu tranzistora. Najrasprostranjeniji su stepenovi otpornog pojačala, čiji je otpor opterećenja otpornik. Transformator se također može koristiti kao tranzistorsko opterećenje. Takve kaskade se nazivaju transformatorske kaskade.
Stepeni predpojačala bazirani na bipolarnim tranzistorima najčešće koriste zajednički emiterski krug, koji ima visok napon i pojačanje snage, relativno visok ulazni otpor i omogućava korištenje jednog zajedničkog izvora napajanja za krug emitera i kolektora.
Najjednostavniji krug otpornog pojačala sa zajedničkim emiterom i napajanjem iz jednog izvora prikazan je na slici 1.
Slika 1 - Najjednostavniji krug otpornog pojačala
Ovo kolo se naziva strujni krug fiksne baze. Fiksno podešavanje struje baze karakteriše minimalan broj delova i niska potrošnja struje iz izvora napajanja. Osim toga, relativno veliki otpor otpornika R b nema praktički nikakav utjecaj na vrijednost ulaznog otpora kaskade. Međutim, ova metoda podešavanja je prikladna samo kada kaskada radi sa malim fluktuacijama temperature tranzistora. Osim toga, postoji veliki raspršivanje i nestabilnost parametara b čak i za tranzistore istog tipa, oni čine kaskadni režim rada nestabilnim pri promeni tranzistora, kao i tokom vremena.
Efikasnije kolo je ono sa fiksnim prednaponom na bazi, prikazano na slici 2.
Slika 2 – Kolo sa razdjelnikom napona
U ovom kolu otpornici I priključen paralelno na napajanje E za, čime se formira razdjelnik napona. Razdjelnik formiran otpornicima I mora imati dovoljno veliki otpor, inače će ulazni otpor kaskade biti mali.
Prilikom konstruisanja kola tranzistorskog pojačala potrebno je preduzeti mere za stabilizaciju položaja radne tačke na karakteristikama. Razlog zašto moramo da pribegnemo ovim merama je uticaj temperature. Postoji nekoliko opcija za takozvanu termičku stabilizaciju načina rada tranzistorskih kaskada. Najčešće opcije su prikazane na slikama 3,4,5.
U krugu (vidi sliku 3), termistor s negativnim temperaturnim koeficijentom otpora spojen je na osnovno kolo na način da kako temperatura raste, negativni napon na bazi opada zbog smanjenja otpora. termistor. U ovom slučaju dolazi do smanjenja bazne struje, a time i struje kolektora.
Slika 3 – Krug sa termistorom
Jedna od mogućih shema termičke stabilizacije pomoću poluvodičke diode prikazana je na slici 4.
Slika 4 – Krug termičke stabilizacije pomoću poluvodičke diode
U ovom krugu dioda je spojena u obrnutom smjeru, a temperaturna karakteristika obrnute struje diode trebala bi biti slična temperaturnoj karakteristici obrnute struje kolektora tranzistora. Prilikom promjene tranzistora, stabilnost se pogoršava zbog varijacije u veličini obrnute kolektorske struje.
Najraširenija shema je termička stabilizacija režima, prikazana na slici 5.
Slika 5 – Kolo sa stabilizacionim krugom emitera ReSe
U ovom kolu, prema fiksnom prednaponu prednapona uzetom od otpornikanapon koji se pojavljuje na otporniku R je uključen uh kada struja emitera prolazi kroz njega. Neka, na primjer, kako temperatura raste, konstantna komponenta struje kolektora raste. Povećanje struje kolektora će dovesti do povećanja struje emitera i pada napona na otporniku R uh . Kao rezultat toga, napon između emitera i baze će se smanjiti, što će dovesti do smanjenja struje baze, a posljedično i struje kolektora. U većini slučajeva, otpornik R uh ranžiran kondenzatorom velikog kapaciteta. Ovo se radi kako bi se uklonila naizmjenična komponenta struje emitera iz otpornika R e.
3 IZRADA STRUKTURNOG DIJAGRAMA
Za projektovano pojačalo preporučljivo je koristiti kolo koje uključuje djelitelj napona i razdjelne kapacitivne elemente (kondenzatore).
Razdjelnik napona je dizajniran tako da pomjeri napon na bazi. Razdjelnik se sastoji od otpora Rb1 i R b2. Otpor Rb1 povezuje se na pozitivan kontakt izvora konstantnog napona Ek paralelan sa otporom kolektora R do , i R b2između bazne grane i negativnog kontakta izvora konstantnog napona Ek.
Razdjelni kondenzatori služe za odsjecanje jednosmjerne komponente signala (tj. funkcija ovih elemenata je da ne dopuste jednosmjernu struju da prođe). Nalaze se između stepena pojačala, između izvora signala i stepena, kao i između poslednjeg pojačavačkog stepena i opterećenja (potrošača pojačanog signala).
Osim toga, kondenzatori se koriste u krugu stabilizacije emitera. Paralelno spojen na otpor emitera Re.
Oni služe za uklanjanje varijabilne komponente signala iz otpora emitera.
Princip rada dvostepenog pojačala prikazan je na slici 6.
Slika 6 - blok dijagram dvostepenog pojačala
Slab signal se dovodi od izvora signala do prvog stupnja pojačala, koji se pojačava tranzistorom zbog konstantnog napona napajanja primljenog od izvora napajanja. Tada višestruko pojačan signal stiže na ulaz drugog stepena, gdje
Također, preko napona napajanja se pojačava do željenog nivoa signala, nakon čega se prenosi do potrošača (u ovom slučaju opterećenje).
vježba:
Razvijte niskofrekventno, srednjenaponsko kolo pretpojačala sa datim parametrima:
Amplitudna vrijednost napona na izlazu pojačala Uout = 6 V;
Amplitudna vrijednost izvornog signala Uin = 0,15 V;
Napon izvora istosmjernog napona u kolu kolektora Ek = 20 V;
Otpor u krugu opterećenja pojačala Rn = 3,3 kOhm;
Opseg pojačanih frekvencija F n F in = 20 Hz - 20000 Hz;
Faktor izobličenja frekvencije M in = 1,18;
Unutrašnji otpor izvora signala Ri = 130 Ohma.
Odredimo maksimalni napon kolektor-emiter Uke, koji mora zadovoljiti uvjet:
Ukemah ≥ 1,2 × Ek.
Ukemah ≥ 1,2 ×20=24 V.
By tranzistor je pogodan za uslove GT 404A (Dodatak A)
h 21e = 30 ÷ 80
Slika 7 – Dijagram tranzistorskog pojačala sa zajedničkim emiterom
4. PRORAČUN TRANZISTORSKOG POJAČALA
4.1 Prva kaskada.
4.1.1 Proračun DC pojačala
Pri proračunu pojačala koristimo grafičko-analitičku metodu proračuna.
Prvo: biramo radnu tačku tranzistora na ulaznoj volt-amper karakteristici struje-naponske karakteristike (vidi Dodatak A). Iz tačke na Ubep grani, nacrtajte okomicu dok se ne ukrsti sa grafikom ulazne krive. Ova tačka je tačka odmora baze. Spuštajući okomicu s nje na osu Ib, nalazimo konstantnu baznu struju Ibp, mA
Na osi napona Ube određujemo minimalni Ube min i maksimalno Ube Max vrijednosti napona, izdvajajući segmente jednake Umin na obje strane. Iz dobijenih vrijednosti povlačimo okomice na sjecište sa krivuljom grafika, a od tačaka sjecišta sa grafikom na osu bazne struje Ib.
Na grafu porodice izlaznih karakteristika određujemo položaj radne tačke tako što ćemo povući vodoravnu pravu liniju od tačke Ikp na Ik osi dok se ne presiječe sa određenom granom iz porodice baznih struja (vidi Dodatak B) . Ovo će biti tačka odmora P kolektorskog kola. Spustimo okomicu na osu napona Ucap, gdje dobijamo tačku mirovanja radnog napona.
Konstruirajmo statičku liniju opterećenja koristeći dvije točke, od kojih je jedna P, a druga na osi Uke jednaka Ek. Nakon što smo konstruisali liniju opterećenja, kada se siječe sa osom struje kolektora, rezultat je Isq tačka - ovo je fiktivna tačka, koja ima značenje struje koja bi tekla da je tranzistor (skakač) bio kratko spojen .
Proračun otpora otpornika R b1 i R b2 (Ohm) razdjelnik napona
Odabraćemo struju razdjelnika unutar raspona (8 ÷ 10) :
4.1.2 Dinamički proračun kaskade.
Izračunajmo pojačanje napona koristeći formulu:
Prvi korak u ovoj fazi je dovođenje napona izvora signala i njegovog unutrašnjeg otpora „na ulaz“ prvog stepena, tj. pronaći ekvivalentni napon i otpor koji djeluju na bazi prvog tranzistora. Da bismo to učinili, pronaći ćemo vrijednost paralelnog otpora osnovnog kruga naizmjenične komponente ulazne struje R b prema formuli:
Paralelno sa otporom Rb spojit će se i ulazni otpor za naizmjeničnu struju (dinamički) tranzistora, koji je određen ulaznom strujno-naponskom karakteristikom kao omjerom priraštaja ulaznog napona prema struji, tj.
Dinamičke ulazne struje:
Budući da se otpor u kolektorskom kolu promijenio prema naizmjeničnom signalu, potrebno je preračunati i konstruirati pravu liniju dinamičkog opterećenja, koja će prolaziti kroz dvije tačke na izlaznoj karakteristici (Prilog A).
U stvarnosti, dinamički raspon opterećenja, kao što slijedi iz Dodatka A, bit će unutar dvije grane struje baze Ibd 1 i Ibd 2 1 i Ukd 2
7,5<40
Treba dodati drugu kaskadu.
Da bismo to uradili, izračunajmo:
4.2. Druga kaskada
4.2.1 Proračun DC pojačala
Za drugu fazu ćemo izabrati tranzistor srednje snage. GT 404V h je pogodan za sve parametre 21e = 30 ÷ 80.
Jer ulazna strujno-naponska karakteristika je ista GT 404A i GT 404V, onda će početni biti isti. Na isti način gradimo graf i uzimamo vrijednosti.
Također ćemo odabrati radnu tačku (vidi Dodatak D).
Otpor Re je namenjen za termičku kompenzaciju kaskadnog režima rada i bira se u opsegu (0.1.-0.3)Rk.
Treba odabrati struju djelitelja za tranzistor srednje snage (2 ÷ 3) Ibp
Izračunajmo otpor otpornika R b3 i R b4 , Ohm razdjelnik napona
4.2.2 Dinamički proračun kaskade.
Nađimo vrijednost ekvivalentnog otpora osnovnog kola naizmjenične komponente ulazne struje R b prema formuli
AC ulazna impedancija (dinamička) tranzistora je:
Paralelna veza otpora Rin i Rb bit će jednaka:
Tada će ekvivalentni naizmjenični signal na ulazu tranzistora biti jednak:
Odredimo minimalnu i maksimalnu dinamičku vrijednost ulaznog napona koristeći formulu:
Dinamičke ulazne struje:
Izračunajmo otpor opterećenja, koji će se naći iz izraza:
Budući da se otpor u kolektorskom kolu promijenio prema naizmjeničnom signalu, potrebno je preračunati i konstruirati pravu liniju dinamičkog opterećenja, koja će prolaziti kroz dvije tačke na izlaznoj karakteristici (Prilog D).
Prva tačka će ostati, kao i za statički režim - tačka P. Druga tačka (fiktivna) treba da leži na ordinati Ik i izračunava se po formuli:
U stvarnosti, dinamički raspon opterećenja, kao što slijedi sa slike 2.14, bit će unutar dvije grane struje baze Ibd 1 i Ibd 2 . Opseg promjena izlaznog napona će se također promijeniti i, u skladu sa linijom dinamičkog opterećenja, bit će Ucd 1 i Ukd 2 . Tada se stvarni dobitak kaskade određuje iz izraza:
Izračunajmo stvarni dobitak:
4.3 Proračun spojnih kondenzatora i kapaciteta šant kondenzatora
1. kaskada:
2. faza:
Za drugu kaskadu (koristeći iste formule kao i za prvu kaskadu):
5 ZAKLJUČAK
Prilikom izvođenja ovog kursa razvijeno je pojačalo pomoću tranzistora GT404A i GT404B (projektovana su 2 stepena u krugu pojačala). Dobiven je šematski dijagram pojačala. Faktor pojačanja napona je 40, što zadovoljava uslov.
Književnost
1 Bocharov L.I., Zhebryakov S.K., Kolesnikov I.F. Proračun elektronskih uređaja pomoću tranzistora. – M.: Energija, 1978.
2 Vinogradov Yu.V. Osnove elektronske i poluprovodničke tehnologije. – M.: Energija, 1972.
3 Gerasimov V.G., Knjazev O.M. i drugi Osnovi industrijske elektronike. – M.: Viša škola, 1986.
4 Karpov V.I. Poluvodički kompenzacijski stabilizatori napona i struje. – M.: Energija, 1967.
5 Tsykin G.S. Uređaji za pojačanje. – M.: Komunikacija, 1971.
6 Malinin R.M. Priručnik za tranzistorska kola. – M.: Energija, 1974.
7 Nazarov S.V. Tranzistorski stabilizatori napona. – M.: Energija, 1980.
8 Tsykina L.V. Elektronska pojačala. – M.: Radio i komunikacije, 1982.
9 Rudenko V.S. Osnove tehnologije konverzije. – M.: Viša škola, 1980.
10 Goryunov N.N. Poluprovodnički tranzistori. Imenik - M.: Energoatomizdat, 1983
Najvažnija svrha elektronskih uređaja je da pojačaju električne signale. Uređaji dizajnirani za obavljanje ovog zadatka nazivaju se elektronskim pojačalima.
Pojačalo je elektronički uređaj koji kontrolira energiju koja se dovodi od izvora napajanja do opterećenja. Štaviše, snaga potrebna za upravljanje je u pravilu mnogo manja od snage koja se dovodi do opterećenja, a oblici ulaznog (pojačanog) i izlaznog (na opterećenju) signala su isti.
Šematski prikaz rada pojačala
Uređaji za pojačavanje se široko koriste u automatizaciji i telemehanici, u sistemima za nadzor, kontrolu i regulaciju, mašinama za brojanje i računanje, instrumentaciji, kućnoj radio opremi itd.
Najvažniji tehnički pokazatelji su: pojačanje (napon, struja i snaga), ulazni i izlazni otpor, izlazna snaga, opseg pojačanih frekvencija, frekvencija, faza i nelinearna izobličenja.
Većina pojačanih izvora signala razvija vrlo nizak napon. Nema smisla da ga napajate direktno u stepen pojačanja snage, jer sa slabim upravljačkim naponom, nemoguće je postići bilo kakve značajnije promjene u izlaznoj struji, a samim tim i izlaznoj snazi. Dakle, blok dijagram pojačala, pored izlaznog stepena, koji isporučuje potrebnu snagu korisnog signala do opterećenja, uključuje i preliminarne stupnjeve pojačanja.
Ove kaskade se obično klasifikuju prema prirodi otpora opterećenja u izlaznom krugu tranzistora. Najrasprostranjeniji su stepenovi otpornog pojačala, čiji je otpor opterećenja otpornik.
U stepenicama pretpojačala zasnovanim na bipolarnim tranzistorima najčešće se koristi kolo zajedničkog emitera (CE) koje ima visok napon i pojačanje snage, relativno visok ulazni otpor i omogućava korištenje jednog zajedničkog izvora napajanja za bazu i kolektorska kola.
Otpornička kaskada na bipolarnom tranzistoru
Najjednostavniji krug otpornog pojačavačkog stepena sa zajedničkim emiterom i napajanjem iz jednog izvora prikazan je na slici. Ulazni signal dolazi do baze i mijenja svoj potencijal u odnosu na uzemljeni emiter. To dovodi do promjene struje baze i, posljedično, do promjene struje kolektora i napona na otporu opterećenja RK. Kondenzator za razdvajanje Cp1 služi da spriječi protok jednosmjerne komponente bazne struje kroz izvor ulaznog signala. Koristeći kondenzator Cp2, komponenta naizmjeničnog napona Uke se napaja na izlaz kaskade, koja varira prema zakonu ulaznog signala, ali je značajno premašuje po veličini. Važnu ulogu igra otpornik RB u osnovnom kolu, koji osigurava odabir početne radne točke na karakteristike tranzistora i određuje način rada DC kaskade.
Najjednostavniji krug otpornog pojačala sa zajedničkim emiterom
Da bismo razjasnili ulogu otpornika RB, okrenimo se slici koja ilustruje proces pojačanja signala pomoću kola sa zajedničkim emiterom. U principu, proces pojačanja može se odraziti sljedećim odnosom električnih veličina.
Grafičko objašnjenje procesa pojačanja signala sa zajedničkim emiterskim krugom
Um IN I B m IK m IK m RK (Um KE = EK - IK m RK) = U m OUT
Zaista, prvo ispitivanjem slike a, a zatim i slike b, može se uvjeriti da napon ulaznog signala sa amplitudom (Um VX = UBE m) mijenja vrijednost struje baze u fazi. Ove promjene bazne struje uzrokuju proporcionalne promjene struje kolektora i kolektorskog napona u kolektorskom kolu, a amplituda kolektorskog napona (uzimajući u obzir skalu duž x-ose) ispada znatno veća od amplitude kolektorskog napona. napon baze. Treba napomenuti da su naponi signala na ulazu i izlazu kaskade fazno pomaknuti za 180°, odnosno u antifazi su.
To znači da razmatrana kaskada, ne narušavajući zakon promjene signala (u našem konkretnom slučaju, signal se mijenja po sinusoidnom zakonu), istovremeno rotira svoju fazu za 180°.
Da bi se postiglo najmanje izobličenje pojačanog signala, radna tačka (tačka mirovanja) P treba da se nalazi u sredini segmenta AB ravne linije opterećenja, konstruisane u porodici izlaznih karakteristika tranzistora (režim pojačanja klase A) . Sa slike b je jasno da pozicija radne tačke P odgovara struji prednapona u osnovnom kolu IBP. Da bi se dobio odabrani način rada, potrebno je pojačalo osigurati potrebnu količinu struje prednapona u osnovnom kolu. Za to se koristi otpornik RB u kolu na prvoj slici.
Kolo prikazano na slici naziva se kolo sa fiksnom baznom strujom. Fiksno podešavanje struje baze karakteriše minimalan broj delova i niska potrošnja struje iz izvora napajanja. Osim toga, relativno veliki otpor otpornika RB (desetine kOhma) praktički ne utječe na vrijednost ulaznog otpora kaskade. Međutim, ova metoda podešavanja je prikladna samo kada kaskada radi sa malim fluktuacijama temperature tranzistora. Osim toga, veliki raspršivanje i nestabilnost parametra čak i za tranzistore istog tipa čine kaskadni režim rada vrlo nestabilnim kako pri promeni tranzistora, tako i tokom vremena.
Efikasnije je kolo sa fiksnim prednaponom na bazi. U ovom kolu otpornici R"B i R"B, povezani paralelno sa izvorom napajanja EK, formiraju djelitelj napona.
Ovo povećava stabilnost načina rada kola, jer promjene struje u emiterskom i kolektorskom krugu tranzistora imaju mali utjecaj na prednapon.
Otpor R"B razdjelnika povezan je paralelno sa ulaznim otporom tranzistora. Osim toga, zanemarujući mali unutrašnji otpor izvora napajanja, možemo pretpostaviti da su R"B i R"B paralelno povezani sa svakim ostalo Stoga bi razdjelnik formiran od otpornika R"B i R"B trebao imati dovoljno veliki otpor (reda nekoliko kOhma), inače će ulazni otpor kaskade biti neprihvatljivo mali.
Prilikom konstruisanja kola tranzistorskog pojačala potrebno je preduzeti mere za stabilizaciju položaja radne tačke na karakteristikama. Glavni destabilizujući faktor koji remeti stabilan rad tranzistorskog kola je uticaj temperature. Postoje različite metode za termičku stabilizaciju načina rada tranzistorskih kaskada.
Najraširenija shema za termičku stabilizaciju režima prikazana je na Sl.
Kolo otpornog stepena sa fiksnim prednaponom
U ovom kolu, nasuprot fiksnom prednaponu prednapona koji je uklonjen sa otpornika R"B, uključen je napon koji se pojavljuje na otporniku RE kada struja emitera prolazi kroz njega. Neka iz nekog razloga, na primjer, s povećanjem u temperaturi, konstantna komponenta kolektorske struje raste. Pošto je IE = IK + IB, povećanje struje IK će dovesti do povećanja struje emitera i pada napona na otporniku RE napon između emitera i baze UBE će se smanjiti, što će dovesti do smanjenja struje baze IB, a samim tim i struje IK.
Naprotiv, ako se iz nekog razloga struja kolektora smanji, tada će se smanjiti i napon na otporniku RE, a napon naprijed UBE će se povećati. Ovo će povećati struju baze i struju kolektora.
U većini slučajeva, otpornik RE se šantira kondenzatorom SE dovoljno velikog kapaciteta (reda nekoliko desetina mikrofarada). Ovo se radi kako bi se uklonila naizmjenična komponenta struje emitera iz otpornika RE.
Podaci za obračun.
Šema strujnog kruga pojačala na bazi bipolarnog tranzistora sa OE
Glavne karakteristike
|
Tranzistor |
Uke/(Ik/Ib)V/(mA/mA) |
Uke/RV/kOhm |
Ikm/IknmA/mA |
|||||||||||
Simboli za električne parametre bipolarnog tranzistora KT312V:
 Oznaka: |
Parametar |
|
koeficijent prijenosa statičke struje |
|
|
granična frekvencija koeficijenta prenosa struje |
|
|
kapacitivnost kolektorskog spoja (Ck) i napon na kolektoru (Uk) na kojem se mjeri |
|
|
kapacitivnost emiterskog spoja (Ce) i napon emiter/baza (Ue) na kojem se mjeri |
|
|
Rb*Ck psec |
vremenska konstanta povratne petlje na visokoj frekvenciji |
|
Uke/(Ik/Ib) V/(mA/mA) |
napon zasićenja kolektor-emiter (Uke) bipolarnog tranzistora pri datoj struji kolektora (Ik) i datoj baznoj struji (Ib) |
|
reverzna struja kolektora |
|
|
maksimalno dozvoljeni DC kolektor-bazni napon |
|
|
Uke/R V/kOhm |
maksimalni dozvoljeni konstantni napon kolektor-emiter (Uke) za datu vrijednost otpora spojenog između baze i emitera (R) |
|
maksimalni dozvoljeni jednosmerni napon emiter-baza |
|
|
Ikm/Ikn mA/mA |
maksimalna dozvoljena konstantna (Ikm) struja kolektora maksimalna dozvoljena struja kolektora u režimu zasićenja (Ikn) ili u impulsu |
|
maksimalno dozvoljeno kontinuirano rasipanje snage na kolektoru |
