Calcul d'un amplificateur à émetteur commun. Calcul d'un amplificateur à transistors basse fréquence utilisant un transistor bipolaire Calcul d'un amplificateur de tension utilisant des transistors

AMPLIFICATEURS À TRANSISTOR

Les amplificateurs sont parmi les plus courants. appareils électroniques utilisés dans les systèmes d'automatisation et les systèmes radio. Les amplificateurs sont divisés en préamplificateurs (amplificateurs de tension) et amplificateurs de puissance. Les préamplificateurs à transistors, comme les amplificateurs à tubes, sont constitués d'un ou plusieurs étages d'amplification. De plus, tous les étages amplificateurs ont des propriétés communes ; la différence entre eux ne peut être que quantitative : courants, tensions égaux, valeurs différentes de résistances, condensateurs, etc.

Pour les étages de pré-amplification, les circuits résistifs (avec couplage rhéostatique-capacitif) sont les plus couramment utilisés. Selon la méthode de fourniture du signal d'entrée et d'obtention de la sortie, les circuits amplificateurs ont reçu les noms suivants :

1. Avec un émetteur commun - OE (Erreur : Source de référence introuvable1).

2. Avec une base commune - OB (Erreur : Source de référence introuvable).

3. Avec un collecteur commun (émetteur suiveur) - OK (Erreur : source de référence introuvable3).

Le plus courant est le circuit en cascade OE, car il fournit la plus grande amplification du signal en termes de puissance. Le circuit avec OB dans les préamplificateurs est rare. L'émetteur suiveur a la résistance d'entrée la plus élevée et la plus faible des trois circuits, il est donc utilisé dans les cas où cette fonctionnalité permet de faire correspondre certaines parties de l'amplificateur afin d'améliorer la qualité de l'amplification.

Considérons un étage amplificateur avec un OE. Lors du calcul d'une cascade d'amplificateurs, les éléments suivants sont généralement connus : 1) R n - résistance de charge pour laquelle la cascade calculée doit fonctionner. La charge peut également être une cascade similaire ; 2) I n.m – la valeur requise de l'amplitude du courant de charge ; 3) distorsions de fréquence admissibles ; 4) plage de températures de fonctionnement ; 5) dans la plupart des cas, la tension d'alimentation du circuit collecteur est spécifiée.

À la suite du calcul, les éléments suivants doivent être déterminés : 1) le type de transistor ; 2) mode de fonctionnement du transistor sélectionné ; 3) paramètres de cascade ; 4) les valeurs de tous les éléments du circuit (résistances, condensateurs), leurs paramètres et types.

Calcul de l'amplificateur

Calcul de l'étage amplificateur de tension basse fréquence à transistor

avec couplage rhéostatique-capacitif

La séquence de calcul est donnée pour un transistor connecté selon le circuit OE (émetteur commun). La figure 1 montre un schéma de l'étage amplificateur.

Données initiales : 1) tension à la sortie cascade U quitter.m(tension de charge) ; 2) résistance à la charge R. n ; 3) fréquence de coupure inférieure F n; 4) valeur admissible du coefficient de distorsion de fréquence en cascade dans la région des basses fréquences M n; 5) tension d'alimentation E P. .

Déterminer : 1) le type de transistor ; 2) mode de fonctionnement du transistor ; 3) résistance à la charge du collecteur R. K ; 4) résistance dans le circuit émetteur R. E ; 5) résistance du diviseur de tension R. 1 Et R. 2 stabiliser le mode de fonctionnement du transistor ; 6) capacité du condensateur de séparation C R ; 7) capacité du condensateur dans le circuit émetteur AVEC E; 8) gain de tension de la cascade À U .

Procédure de calcul

1. Sélectionnez le type de transistor, guidé par les considérations suivantes :

a) U ke.ajouter  (1.11.3) E P., U cap.add – la tension admissible la plus élevée entre le collecteur et l'émetteur, donnée dans les ouvrages de référence ;

I n.M – l'amplitude la plus élevée possible du courant de charge ; J'ajoute – le courant de collecteur admissible le plus élevé, indiqué dans les ouvrages de référence.

Remarques: 1) Tout transistor satisfait à la plage de température donnée.

2. Pour le type de transistor sélectionné, notez dans l'ouvrage de référence les valeurs des coefficients de gain de courant pour l'OE  min et  M. Certains ouvrages de référence donnent le gain de courant  pour le circuit OB et le courant collecteur initial Je sais. . Alors =/(1-) (lors du choix du mode de fonctionnement du transistor, la condition doit être remplie je k.min  je doctorat). Pour les étages amplificateurs de tension, on utilise généralement des transistors de faible puissance de type P6 ; P13 ; P16 ; MP33 ; MP42, etc.

3. Le mode de fonctionnement du transistor est déterminé par la ligne droite de charge, construite sur la famille de caractéristiques statiques de sortie (collecteur) pour l'OE. La construction de la ligne de charge est illustrée dans Erreur : source de référence introuvable. La ligne de charge est construite en utilisant deux points : le point 0 - point de repos (fonctionnement) et le point 1, qui est déterminé par la tension de la source d'alimentation. E P. . Les coordonnées du point 0 sont le courant de repos je k0 et tension de repos U ke0 (c'est-à-dire courant et tension correspondant à l'entrée U = 0).

Tu peux prendre je k0 = (1,05-1,2)I out  (1,05-1,2)I n.M, mais pas moins de l mA :

U ke0 = U out.m + U ost,

où U ost est la tension la plus basse admissible U ke.

À U hé <U ost Des distorsions non linéaires importantes apparaissent car la zone de travail comprend des zones de caractéristiques à grande courbure. Pour les transistors de faible puissance, vous pouvez prendre U oc t = l V.

4. Déterminez les valeurs de résistance R. À Et R. E .

Sur la base des caractéristiques de sortie (Erreur : source de référence introuvable), nous déterminons R environ = R. À + R. E. Résistance totale dans le circuit émetteur-collecteur

g
de I – courant déterminé par le point 4, c'est-à-dire le point d'intersection de la ligne de charge avec l'axe actuel.

P.
En supposant R E = (015  0,25) R K, nous obtenons

R E = R rév – R K

5. Déterminez les valeurs d'amplitude les plus élevées du signal d'entrée du courant Iin.m et de la tension Uin.m, nécessaires pour garantir la valeur spécifiée, Uout.m. En fixant la valeur minimale du gain en courant du transistor  min, on obtient :

T
quand

Selon la caractéristique statique d'entrée du circuit avec OE, prise à U hé= –5 V (Erreur : source de référence introuvable) et les valeurs trouvées je b. min Et je b. maximum trouver la valeur 2 U entrée.m .

6. Déterminer la résistance d'entrée R d'entrée de la cascade au courant alternatif (sans tenir compte du diviseur de tension R. 1 Et R. 2 ):

7
. Détermination de la résistance du diviseur R. 1 À R. 2 . Pour réduire l'effet de dérivation du diviseur sur le circuit d'entrée de la cascade CA, prenez

R.
1-2  (8  12) R dans~

8. Déterminez le coefficient de stabilité de la cascade :

où  M est le gain de courant le plus élevé possible du type de transistor sélectionné.

Pour un fonctionnement normal de la cascade, le coefficient de stabilité S ne doit pas dépasser plusieurs unités. (s
)

9. Déterminer la capacité du condensateur de séparation C p :

où Déroute.T – résistance de sortie du transistor, déterminée par les caractéristiques statiques de sortie du circuit OE. Dans la plupart des cas R. dehors.T >>R. À, afin que nous puissions accepter R. dehors  R. À + R. N .

accepté pour l'installation

10. Déterminer la capacité du condensateur

1
1. Déterminez le gain de tension de la cascade :

Note. La procédure de calcul donnée ne prend pas en compte les exigences de stabilité de la cascade.

A. Bepski
RM. HF-VHF. 1/2002

Lors de la conception d'amplificateurs de puissance à transistors, les radioamateurs n'effectuent souvent pas un calcul complet du circuit en raison de la complexité et du grand volume de calculs. Les méthodes informatiques de modélisation des dispositifs d'ingénierie radio facilitent sans aucun doute le processus de conception, mais l'acquisition et la maîtrise de tels programmes posent également certains problèmes, de sorte que les méthodes de calcul graphiques pour certains radioamateurs peuvent être les plus acceptables et les plus accessibles, par exemple la méthode décrite dans.

L’un des principaux objectifs lors de la conception d’amplificateurs de puissance est d’obtenir une puissance de sortie maximale. Cependant, lors du choix de la tension d'alimentation de l'amplificateur, la condition doit être remplie - Uke max du transistor de sortie ne doit pas dépasser de plus de 10 % la valeur indiquée dans l'ouvrage de référence. Lors de la conception, il faut également prendre en compte les valeurs de référence de Ik max et Pk max du transistor et, en outre, connaître la valeur du coefficient b.

La signification de la notation utilisée est illustrée sur la figure 1. En utilisant les paramètres de référence du transistor, un système de coordonnées Uk, Ik est construit sur du papier millimétré, et les droites Ik max, Uke max et la courbe de puissance maximale Pk max y sont tracées (Fig. 2). Le point de fonctionnement du transistor est situé à l'intérieur de la zone délimitée par les droites Ik max et Uke max et l'hyperbole Pk max.

Fig. 1

La puissance de sortie de la cascade sera d'autant plus grande que la ligne droite de charge se rapproche de l'hyperbole Pk max.

La puissance maximale est atteinte lorsque l'hyperbole touche une ligne droite. La tension de sortie maximale est fournie si la ligne de charge quitte le point Uke max. Pour que les deux conditions mentionnées soient remplies simultanément, la droite partant du point Uke max doit toucher l'hyperbole Pk max.

Parfois, il devient nécessaire d'obtenir un courant important à travers le transistor de sortie. Dans ce cas, il faut tracer une droite de charge partant du point Ik max tangent à l'hyperbole Pk max. Le transistor fonctionnera en mode classe A.

Choisissons le point de fonctionnement du transistor MP pour que la tension de sortie soit maximale et symétrique. A partir du point de travail, nous traçons des lignes droites parallèles aux axes Uk et Ik. Au point d'intersection avec l'axe Uk on obtient la valeur de la tension d'alimentation en cascade, et au point d'intersection avec l'axe Ik - la valeur du courant de repos du transistor (Iko). Après cela, connaissant le coefficient du transistor, vous pouvez déterminer le courant de base Ibo pour le point de fonctionnement sélectionné. De plus, vous pouvez calculer d'autres paramètres de cascade importants pour le développeur. Il convient de garder à l'esprit que la résistance de la résistance Re doit être choisie la plus faible possible (dans le cas extrême, égale à zéro).

Pour illustrer la méthode décrite pour calculer les paramètres limites des amplificateurs de puissance, considérons l'algorithme de développement d'un étage de sortie sur un transistor 2N3632 (analogue approximatif - KT907).

Pour ce transistor : Uke max = 40V ; Pk max=23 W ; Ik max = 3 A ; b=50...110 (pour les calculs on prend b=100) ; ft=400 MHz.

Graphiquement nous obtenons les données suivantes : Up=16 V ; Iko = 1,36 A ; Usortie=30 V : Iкm=2,8A.

Déterminez le courant de base :

Courant traversant le diviseur :

Résistance des résistances diviseuses.

Ministère de l'Éducation de la Fédération de Russie

Université technique d'État de l'Oural

Département d'automatisation et de contrôle des systèmes techniques

CALCUL DU PRÉ-AMPLIFICATEUR

SUR TRANSISTOR KT3107I

Cours sur

Électronique

Étudiant gr. R-291a COMME Klykov

Professeur

Professeur agrégé, Ph.D. V. I. Pautov

Ekaterinbourg 2000

1. Données préliminaires pour le calcul de l'amplificateur 3

2. Sélection des transistors4

3. Calcul du mode transistor basé sur le courant continu 4

4. Sélectionnez la tension d'alimentation 5

5. Calcul des éléments assurant le mode de fonctionnement du tr-ra5

6. Calcul des capacités S f, S 1, S 2, S e 7

7. Résultats des calculs8

8. Réponse en fréquence et réponse en phase de l'amplificateur 9

9. Références 10

1. Données préliminaires pour le calcul de l'amplificateur

UH = 0,2 DANS

HR = 0,3 kOhm

RС = 0,5 kOhm

tmax = 70 0 C

F n = 50 Hz

F dans = 25 Hz

2. Sélection des transistors.

Pour le transistor sélectionné, facteur de qualité D t :

où r¢ b est la résistance volumétrique de la base, égale à 150 Ohm C à – capacité de jonction du collecteur

Selon les données calculées et à partir des conditions : Р к max >Р к, B min ³ B requis, ¦ in ³¦ in, requis nous sélectionnons un transistor KT3107I

3. Calcul du mode transistor basé sur le courant continu.

Le courant collecteur Ik est déterminé par la formule :
où Rin = V * r e = 1k9 - résistance d'entrée de la cascade E c - source de signal
Tension au collecteur-émetteur U ke : Point de fonctionnement du transistor = 1,5 DANS

je 0 k = 1,82 DANS

4. Sélection de la tension d'alimentation.

Trouvons R e en utilisant la formule :

où S – coefficient de température

Rb = (5¸10) Rin = 5*1900 = 9500 Ohm– résistance totale de la base

Trouvons U b :
Définissons R f :

Selon GOST, nous choisissons :

R 1 = 6k0 R 2 = 16k0 R e = 3k2 R f = k45

Vérifions l'inégalité :

Je 0 k * R e + U 0 k e + Je 0 k * R k + (Je 0 k + Je d) * R f ³ E k

5,824 + 1,5 + 2,5 + 1,179 ³ 5

11 ³ 5 – l'inégalité est satisfaite

Définissons pour le répéteur R e2 :

U B2 = U K1 = I 0 e *R e + U 0 Ke = 1,82 mA * 3.2kOhm + 1.5DANS = 7.32 DANS

U Be2 = r¢ b * I 0 e = 150 * 1,82 mA = 0.27 DANS

Trouvons Rin2 et Rout2 :
Gain du premier étage :
6. Calcul des capacités C f, C 1, C 2, C e.

où K SG = 40 – coefficient de lissage

f P = 100 Hz– fréquence de pulsation de l'alimentation principale

8. Caractéristiques amplitude-fréquence et phase-fréquence.
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

REVUE ANALYTIQUE

Les amplificateurs basse fréquence sont basés sur des transistors bipolaires et à effet de champ de conception discrète ou intégrée. Les amplificateurs basse fréquence peuvent inclure n'importe quel signal (capteur, amplificateur précédent, microphone, etc.) comme source de signal d'entrée. La plupart des sources de signal d'entrée développer une très basse tension. Cela n'a aucun sens de le fournir directement à l'étage d'amplification de puissance, car avec une faible tension de commande, il est impossible d'obtenir des changements significatifs dans le courant de sortie, et donc dans la puissance de sortie. Le schéma fonctionnel de l'amplificateur, en plus de l'étage de sortie qui délivre la puissance requise, comprend également des étages de pré-amplification.

Ces cascades sont généralement classées selon la nature de la résistance de charge dans le circuit de sortie du transistor. Les plus utilisés sont les étages amplificateurs résistifs dont la résistance de charge est une résistance. Un transformateur peut également être utilisé comme charge de transistor. De telles cascades sont appelées cascades de transformateurs.

Les étages de préamplificateur basés sur des transistors bipolaires utilisent le plus souvent un circuit émetteur commun, qui présente une tension et un gain de puissance élevés, une résistance d'entrée relativement élevée et permet l'utilisation d'une source d'alimentation commune pour les circuits émetteur et collecteur.

Le circuit le plus simple d'un étage amplificateur résistif avec un émetteur commun et une alimentation provenant d'une seule source est illustré à la figure 1.

Figure 1 - Le circuit le plus simple d'un étage amplificateur résistif

Ce circuit est appelé circuit à courant de base fixe. La polarisation de courant de base fixe présente un nombre minimal de pièces et une faible consommation de courant provenant de l'alimentation. De plus, la résistance relativement grande de la résistance R b n'a pratiquement aucun effet sur la valeur de la résistance d'entrée de la cascade. Cependant, cette méthode de polarisation ne convient que lorsque la cascade fonctionne avec de faibles fluctuations de température du transistor. De plus, il existe une grande dispersion et une instabilité des paramètres b même pour des transistors de même type, ils rendent le mode de fonctionnement en cascade instable lors du changement de transistor, ainsi que dans le temps.

Un circuit plus efficace est celui avec une tension de polarisation fixe sur la base, illustré à la figure 2.

Figure 2 – Circuit avec diviseur de tension

Dans ce circuit les résistances Et connecté en parallèle à l'alimentation EÀ, formant ainsi un diviseur de tension. Diviseur formé de résistances Et doit avoir une résistance suffisamment grande, sinon la résistance d'entrée de la cascade sera faible.

Lors de la construction de circuits amplificateurs à transistors, il est nécessaire de prendre des mesures pour stabiliser la position du point de fonctionnement sur les caractéristiques. La raison pour laquelle nous devons recourir à ces mesures est l’influence de la température. Il existe plusieurs options pour ce que l'on appelle la stabilisation thermique des modes de fonctionnement des cascades de transistors. Les options les plus courantes sont présentées dans les figures 3,4,5.

Dans le circuit (voir Figure 3), une thermistance avec un coefficient de résistance de température négatif est connectée au circuit de base de telle sorte qu'à mesure que la température augmente, la tension négative à la base diminue en raison d'une diminution de la résistance du thermistance. Dans ce cas, il y a une diminution du courant de base, et par conséquent du courant du collecteur.

Figure 3 - Circuit avec une thermistance

L'un des schémas de stabilisation thermique possibles utilisant une diode semi-conductrice est illustré à la figure 4.

Figure 4 – Circuit de stabilisation thermique utilisant une diode semi-conductrice

Dans ce circuit, la diode est connectée dans le sens inverse et la caractéristique de température du courant inverse de la diode doit être similaire à la caractéristique de température du courant inverse du collecteur du transistor. Lors du changement de transistor, la stabilité se détériore en raison de la variation de l'amplitude du courant du collecteur inverse.

Le schéma le plus largement utilisé est la stabilisation thermique du régime, illustrée à la figure 5.

Figure 5 – Circuit avec circuit de stabilisation de l'émetteur ReSe

Dans ce circuit, vers une tension de polarisation directe fixe prélevée sur la résistancela tension qui apparaît aux bornes de la résistance R est activée euh lorsque le courant de l'émetteur le traverse. Supposons, par exemple, que la composante constante du courant du collecteur augmente à mesure que la température augmente. Une augmentation du courant du collecteur entraînera une augmentation du courant de l'émetteur et une chute de tension aux bornes de la résistance R. euh . En conséquence, la tension entre l'émetteur et la base diminuera, ce qui entraînera une diminution du courant de base et, par conséquent, du courant du collecteur. Dans la plupart des cas, la résistance R euh shunté par un condensateur de grande capacité. Ceci est fait pour supprimer la composante alternative du courant de l'émetteur de la résistance R. e.

3 RÉDACTION D'UN SCHÉMA STRUCTUREL

Pour l'amplificateur conçu, il est conseillé d'utiliser un circuit comprenant un diviseur de tension et des éléments capacitifs de séparation (condensateurs).

Le diviseur de tension est conçu pour polariser la tension à la base. Le diviseur est constitué de résistances Rb1 et R b2. Résistance Rb1 se connecte à contact positif de la source de tension constante Ek parallèle à la résistance du collecteur Rà , et R b2entre la branche de base et le contact négatif de la source de tension constante Ek.

Les condensateurs de séparation servent à couper la composante continue du signal (c'est-à-dire que la fonction de ces éléments est de ne pas laisser passer le courant continu). Ils sont situés entre les étages amplificateurs, entre la source du signal et les étages, ainsi qu'entre le dernier étage amplificateur et la charge (consommateur du signal amplifié).

De plus, des condensateurs sont utilisés dans le circuit de stabilisation de l'émetteur. Connecté en parallèle à la résistance émetteur Re.

Ils servent à supprimer la composante variable du signal de la résistance de l'émetteur.

Le principe de fonctionnement d'un amplificateur à deux étages est illustré à la figure 6.

Figure 6 - schéma fonctionnel d'un amplificateur à deux étages

Un signal faible est fourni par la source de signal au premier étage de l'amplificateur, qui est amplifié par le transistor en raison de la tension d'alimentation constante reçue de la source d'alimentation. Ensuite, le signal amplifié plusieurs fois atteint l'entrée du deuxième étage, où

De plus, grâce à la tension d'alimentation, il est amplifié jusqu'au niveau de signal souhaité, après quoi il est transmis au consommateur (dans ce cas, la charge).

Exercice:

Développer un circuit préamplificateur basse fréquence et moyenne tension avec les paramètres donnés :

La valeur d'amplitude de la tension à la sortie de l'amplificateur Uout = 6 V ;

Valeur d'amplitude du signal source Uin = 0,15 V ;

Tension de la source de tension continue dans le circuit collecteur Ek = 20 V ;

Résistance dans le circuit de charge de l'amplificateur Rн = 3,3 kOhm ;

Gamme de fréquences amplifiées F n F in = 20 Hz - 20 000 Hz ;

Facteur de distorsion de fréquence M dans = 1,18 ;

Résistance interne de la source de signal Ri = 130 Ohms.

Déterminons la tension collecteur-émetteur maximale Uke, qui doit satisfaire à la condition :

Ukemah ≥ 1,2 × Ek.

Ukemah ≥ 1,2 × 20 = 24 V.

Par le transistor est adapté aux conditions GT 404A (Annexe A)

h 21e = 30 ÷ 80

Figure 7 – Schéma d'un étage amplificateur à transistor avec émetteur commun

4 CALCUL D'UN AMPLIFICATEUR À TRANSISTOR

4.1 Première cascade.

4.1.1 Calcul de l'amplificateur DC

Lors du calcul de l'amplificateur, nous utilisons la méthode de calcul graphique-analytique.

Premièrement : nous sélectionnons le point de fonctionnement du transistor sur la caractéristique volt-ampère d'entrée de la caractéristique courant-tension (voir annexe A). A partir d'un point de la branche de l'Ubep, tracez une perpendiculaire jusqu'à ce qu'elle croise le graphique de la courbe d'entrée. Ce point est le point de repos de la base. En abaissant la perpendiculaire à l'axe Ib, on trouve le courant de base constant Ibp, mA

Sur l'axe de tension Ube on détermine le minimum Ube min et Ube maximum Max. valeurs de tension, en réservant des segments égaux à Umin des deux côtés. A partir des valeurs obtenues, nous traçons des perpendiculaires à l'intersection avec la courbe du graphique, et des points d'intersection avec le graphique à l'axe du courant de base Ib.

Sur le graphique de la famille des caractéristiques de sortie, on détermine la position du point de fonctionnement en traçant une droite horizontale depuis le point Ikp sur l'axe Ik jusqu'à son intersection avec une certaine branche de la famille des courants de base (voir Annexe B) . Ce sera le point de repos P du circuit collecteur. Abaissons la perpendiculaire à l'axe de contrainte Ucap, où l'on obtient le point de repos de la tension de fonctionnement.

Construisons une ligne de charge statique en utilisant deux points, dont l'un est P et le second sur l'axe Uke est égal à Ek. Après avoir construit la ligne de charge, lorsqu'elle croise l'axe du courant du collecteur, le résultat est le point Isq - c'est un point fictif, qui a la signification du courant qui circulerait si le transistor (cavalier) était court-circuité. .

Calcul des résistances des résistances R b1 et Rb2 Diviseur de tension (Ohm)

Nous sélectionnons le courant diviseur dans la plage (8 ÷ 10) :

4.1.2 Calcul dynamique de la cascade.

Calculons le gain de tension à l'aide de la formule :

La première étape à ce stade consiste à amener la tension de la source de signal et sa résistance interne « à l'entrée » du premier étage, c'est-à-dire trouver la tension et la résistance équivalentes agissant à la base du premier transistor. Pour ce faire, nous trouverons la valeur de la résistance parallèle du circuit de base de la composante alternative du courant d'entrée R b selon la formule :

Parallèlement à la résistance Rb, la résistance d'entrée pour le courant alternatif (dynamique) du transistor sera connectée, qui est déterminée par la caractéristique courant-tension d'entrée comme le rapport des incréments de tension d'entrée au courant, c'est-à-dire :

Courants d'entrée dynamiques :

Étant donné que la résistance dans le circuit collecteur a changé en fonction d'un signal alternatif, il est nécessaire de recalculer et de construire une ligne droite de charge dynamique, qui passera par deux points sur la caractéristique de sortie (Annexe A).

En réalité, la plage dynamique de charge, comme suit à l'annexe A, se situera dans deux branches du courant de base Ibd. 1 et Ibd 2 1 et Royaume-Uni 2

7,5<40

Une deuxième cascade devrait être ajoutée.

Pour ce faire, calculons :

4.2. Deuxième cascade

4.2.1 Calcul de l'amplificateur DC

Pour le deuxième étage nous choisirons un transistor de moyenne puissance. Le GT 404V h convient à tous les paramètres 21e = 30 ÷ 80.

Parce que la caractéristique courant-tension d'entrée est la même GT404A et GT 404V, alors les premiers seront les mêmes. Nous construisons un graphique de la même manière et prenons les valeurs.

Nous sélectionnerons également le point de fonctionnement (voir annexe D).

La résistance Re est destinée à la compensation thermique du mode de fonctionnement en cascade et est sélectionnée dans la plage (0,1.-0,3)Rк.

Le courant diviseur pour un transistor de puissance moyenne doit être sélectionné (2 ÷ 3) Ibp

Calculons la résistance des résistances R b3 et Rb4 , Diviseur de tension Ohm

4.2.2Calcul dynamique de la cascade.

Trouvons la valeur de la résistance équivalente du circuit de base de la composante alternative du courant d'entrée R b selon la formule

L'impédance d'entrée AC (dynamique) du transistor est :

La mise en parallèle des résistances Rin et Rb sera égale à :

Alors le signal alternatif équivalent à l'entrée du transistor sera égal à :

Déterminons la valeur dynamique minimale et maximale de la tension d'entrée à l'aide de la formule :

Courants d'entrée dynamiques :

Calculons la résistance de charge, qui sera trouvée à partir de l'expression :

Le premier point restera, comme pour le mode statique - le point P. Le deuxième point (fictif) devra se situer sur l'ordonnée Ik et sera calculé à l'aide de la formule :

En réalité, la plage dynamique de charge, comme le montre la figure 2.14, se situera dans deux branches du courant de base Ibd. 1 et Ibd2 . La plage de changements dans la tension de sortie changera également et, conformément à la ligne de charge dynamique, sera Ucd 1 et Royaume-Uni 2 . Ensuite, le gain réel de la cascade est déterminé à partir de l’expression :

Calculons le gain réel :

4.3 Calcul des condensateurs de couplage et de la capacité des condensateurs shunt

1ère cascade :

2ème étape :

Pour la deuxième cascade (en utilisant les mêmes formules que pour la première cascade) :

5. CONCLUSION

Lors de la réalisation de ce cours, un amplificateur a été développé à l'aide des transistors GT404A et GT404B (2 étages du circuit amplificateur ont été conçus). Un diagramme schématique de l’amplificateur a été obtenu. Le facteur de gain de tension est de 40, ce qui satisfait à la condition.

Littérature

1 Bocharov L.I., Zhebryakov S.K., Kolesnikov I.F. Calcul d'appareils électroniques utilisant des transistors. – M. : Energie, 1978.

2 Vinogradov Yu.V. Fondamentaux de la technologie électronique et des semi-conducteurs. – M. : Energie, 1972.

3 Gerasimov V.G., Knyazev O.M. et autres.Fondamentaux de l'électronique industrielle. – M. : Ecole Supérieure, 1986.

4 Karpov V.I. Stabilisateurs de tension et de courant de compensation des semi-conducteurs. – M. : Energie, 1967.

5 Tsykin G.S. Appareils amplificateurs. – M. : Communication, 1971.

6Malinin R.M. Manuel des circuits de transistors. – M. : Energie, 1974.

7 Nazarov S.V. Stabilisateurs de tension à transistor. – M. : Energie, 1980.

8 Tsykina L.V. Amplificateurs électroniques. – M. : Radio et Communications, 1982.

9 Rudenko contre. Fondamentaux de la technologie de conversion. – M. : Ecole Supérieure, 1980.

10 Goryunov N.N. Transistors semi-conducteurs. Répertoire - M. : Energoatomizdat, 1983

L’objectif le plus important des appareils électroniques est d’amplifier les signaux électriques. Les appareils conçus pour effectuer cette tâche sont appelés amplificateurs électroniques.

Un amplificateur est un appareil électronique qui contrôle l'énergie fournie par une source d'alimentation à une charge. De plus, la puissance requise pour le contrôle est, en règle générale, bien inférieure à la puissance fournie à la charge, et les formes des signaux d'entrée (amplifiés) et de sortie (au niveau de la charge) sont les mêmes.

Représentation schématique du fonctionnement de l'amplificateur

Les dispositifs d'amplification sont largement utilisés en automatisation et télémécanique, dans les systèmes de surveillance, de contrôle et de régulation, les machines de comptage et de calcul, l'instrumentation, les équipements radio domestiques, etc.

Les indicateurs techniques les plus importants sont : le gain (tension, courant et puissance), la résistance d'entrée et de sortie, la puissance de sortie, la plage de fréquences amplifiées, les distorsions de fréquence, de phase et non linéaires.

La plupart des sources de signaux amplifiés développent une très basse tension. Cela n'a aucun sens de l'alimenter directement à l'étage d'amplification de puissance, car avec une faible tension de commande, il est impossible d'obtenir des modifications significatives du courant de sortie et, par conséquent, de la puissance de sortie. Par conséquent, le schéma fonctionnel de l'amplificateur, en plus de l'étage de sortie, qui fournit la puissance requise du signal utile à la charge, comprend des étages d'amplification préliminaires.

Dans les étages de préamplificateur basés sur des transistors bipolaires, un circuit à émetteur commun (CE) est le plus souvent utilisé, qui présente une tension et un gain de puissance élevés, une résistance d'entrée relativement élevée et permet l'utilisation d'une source d'alimentation commune pour la base et circuits collecteurs.

Cascade résistive sur un transistor bipolaire

Le circuit le plus simple d'un étage amplificateur résistif avec un émetteur commun et une alimentation provenant d'une source unique est illustré à la Fig. Le signal d'entrée entre dans la base et modifie son potentiel par rapport à l'émetteur mis à la terre. Cela conduit à une modification du courant de base et, par conséquent, à une modification du courant du collecteur et de la tension aux bornes de la résistance de charge RK. Le condensateur de découplage Cp1 sert à empêcher la circulation de la composante continue du courant de base à travers la source de signal d'entrée. À l'aide du condensateur Cp2, une composante de tension alternative Uke est fournie à la sortie de la cascade, variant selon la loi du signal d'entrée, mais la dépassant largement en amplitude. Un rôle important est joué par la résistance RB dans le circuit de base, qui assure la sélection du point de fonctionnement initial en fonction des caractéristiques du transistor et détermine le mode de fonctionnement de la cascade DC.

Le circuit le plus simple d'un étage amplificateur résistif avec un émetteur commun

Pour clarifier le rôle de la résistance RB, tournons-nous vers la figure illustrant le processus d'amplification du signal par un circuit avec un émetteur commun. En principe, le processus d’amplification peut être reflété par la relation suivante entre les grandeurs électriques.

Explication graphique du processus d'amplification d'un signal avec un circuit émetteur commun

Um IN I B m IK m IK m RK (Um KE = EK - IK m RK) = U m OUT

En effet, en examinant d'abord la Fig. a puis la Fig. b, on peut être convaincu que la tension du signal d'entrée d'amplitude (Um VX = UBE m) modifie la valeur du courant de base en phase. Ces changements dans le courant de base provoquent des changements proportionnels dans le courant du collecteur et la tension du collecteur dans le circuit collecteur, et l'amplitude de la tension du collecteur (en tenant compte de l'échelle le long de l'axe des x) s'avère nettement supérieure à l'amplitude de la tension de base. Il est à noter que les tensions des signaux à l'entrée et à la sortie de la cascade sont déphasées de 180°, c'est-à-dire qu'elles sont en antiphase.

Cela signifie que la cascade considérée, sans violer la loi de changement de signal (dans notre cas particulier, le signal change selon une loi sinusoïdale), fait en même temps tourner sa phase de 180°.

Pour obtenir la moindre distorsion du signal amplifié, le point de fonctionnement (point de repos) P doit être situé au milieu du segment AB de la droite de charge, construit dans la famille des caractéristiques de sortie du transistor (mode d'amplification de classe A). . D'après la figure b, il est clair que la position du point de fonctionnement P correspond au courant de polarisation dans le circuit de base IBP. Pour obtenir le mode sélectionné, il est nécessaire de fournir à l'amplificateur la quantité requise de courant de polarisation dans le circuit de base. C'est à cela que sert la résistance RB dans le circuit de la première figure.

Le circuit représenté sur la figure est appelé circuit avec un courant de base fixe. La polarisation de courant de base fixe présente un nombre minimal de pièces et une faible consommation de courant provenant de l'alimentation. De plus, la résistance relativement importante de la résistance RB (dizaines de kOhms) n'affecte pratiquement pas la valeur de la résistance d'entrée de la cascade. Cependant, cette méthode de polarisation ne convient que lorsque la cascade fonctionne avec de faibles fluctuations de température du transistor. De plus, la grande diffusion et l'instabilité du paramètre même pour des transistors du même type rendent le mode de fonctionnement en cascade très instable lors du changement de transistor, ainsi que dans le temps.

Plus efficace est un circuit avec une tension de polarisation fixe sur la base. Dans ce circuit, les résistances R"B et R"B, connectées en parallèle à la source d'alimentation EK, forment un diviseur de tension.

Cela augmente la stabilité du mode de fonctionnement du circuit, car les changements de courant dans les circuits émetteur et collecteur du transistor ont peu d'effet sur la tension de polarisation.

La résistance R"B du diviseur est connectée en parallèle à la résistance d'entrée du transistor. De plus, en négligeant la petite résistance interne de la source d'alimentation, on peut supposer que R"B et R"B sont connectés en parallèle chacun autre. Par conséquent, le diviseur formé par les résistances R"B et R"B doit avoir une résistance suffisamment élevée (de l'ordre de plusieurs kOhms), sinon la résistance d'entrée de la cascade sera trop petite.

Lors de la construction de circuits amplificateurs à transistors, il est nécessaire de prendre des mesures pour stabiliser la position du point de fonctionnement sur les caractéristiques. Le principal facteur déstabilisant qui perturbe le fonctionnement stable d'un circuit à transistors est l'influence de la température. Il existe différentes méthodes de stabilisation thermique du mode de fonctionnement des cascades de transistors.

Le schéma le plus largement utilisé pour la stabilisation thermique du régime est présenté sur la Fig.

Circuit d'un étage résistif avec une tension de polarisation fixe

Dans ce circuit, contrairement à la tension de polarisation directe fixe supprimée de la résistance R"B, la tension qui apparaît sur la résistance RE lorsque le courant de l'émetteur la traverse est activée. Supposons que, pour une raison quelconque, par exemple, avec une augmentation en température, la composante constante du courant du collecteur augmente. Puisque IE = IK + IB, alors une augmentation du courant IK entraînera une augmentation du courant de l'émetteur IE et une chute de tension aux bornes de la résistance RE. En conséquence, la la tension entre l'émetteur et la base UBE va diminuer, ce qui va entraîner une diminution du courant de base IB, et donc du courant IK.

Au contraire, si pour une raison quelconque le courant du collecteur diminue, alors la tension aux bornes de la résistance RE diminuera également et la tension directe UBE augmentera. Cela augmentera le courant de base et le courant du collecteur.

Dans la plupart des cas, la résistance RE est shuntée par un condensateur SE de capacité suffisamment importante (de l'ordre de la dizaine de microfarads). Ceci est fait pour supprimer la composante alternative du courant de l'émetteur de la résistance RE.

Données pour le calcul.

Schéma de circuit d'un étage amplificateur basé sur un transistor bipolaire avec OE

Caractéristiques principales

Transistor

Uke/(Ik/Ib)V/(mA/mA)

Uke/RV/kOhm

Ikm/IknmA/mA

Symboles pour les paramètres électriques du transistor bipolaire KT312V :

Désignation:	Paramètre
	coefficient de transfert de courant statique
	fréquence limite du coefficient de transfert de courant
	capacité de jonction du collecteur (Ck) et tension au niveau du collecteur (Uk) auquel elle est mesurée
	capacité de jonction d'émetteur (Ce) et tension émetteur/base (Ue) à laquelle elle est mesurée
Rb*Ck psec	constante de temps de rétroaction haute fréquence

Uke/(Ik/Ib)V/(mA/mA)	tension de saturation collecteur-émetteur (Uke) d'un transistor bipolaire à un courant de collecteur (Ik) et un courant de base (Ib) donnés
	courant de collecteur inverse
	tension CC maximale admissible entre le collecteur et la base
Uke/R V/kOhm	tension collecteur-émetteur constante maximale admissible (Uke) pour une valeur de résistance donnée connectée entre la base et l'émetteur (R)
	tension continue maximale autorisée entre l'émetteur et la base
Ikm/IknmA/mA	courant collecteur maximal admissible constant (Ikm) courant collecteur maximal admissible en mode saturation (Ikn) ou en impulsion
	Puissance dissipée continue maximale admissible au niveau du collecteur