TRANZISTORU PASTIPRINĀTĀJI
Pastiprinātāji ir vieni no visizplatītākajiem. elektroniskās ierīces, ko izmanto automatizācijas sistēmās un radio sistēmās. Pastiprinātājus iedala priekšpastiprinātos (sprieguma pastiprinātājos) un jaudas pastiprinātājos. Tranzistoru priekšpastiprinātāji, tāpat kā lampu pastiprinātāji, sastāv no viena vai vairākiem pastiprināšanas posmiem. Turklāt visiem pastiprinātāja posmiem ir kopīgas īpašības, atšķirība starp tām var būt tikai kvantitatīva: vienādas strāvas, spriegumi, dažādas rezistoru vērtības, kondensatori utt.
Priekšpastiprināšanas posmos visbiežāk tiek izmantotas pretestības ķēdes (ar reostatisko-kapacitatīvo savienojumu). Atkarībā no ieejas signāla padeves un izejas iegūšanas metodes pastiprinātāju ķēdes saņēma šādus nosaukumus:
1. Ar kopējo emitētāju - OE (Kļūda: atsauces avots nav atrasts1).
2. Ar kopīgu bāzi - OB (Kļūda: Atsauces avots nav atrasts).
3. Ar kopējo kolektoru (emitera sekotāju) - OK (Kļūda: Atsauces avots nav atrasts3).
Visizplatītākā ir OE kaskādes shēma, jo tā nodrošina vislielāko signāla pastiprinājumu jaudas ziņā. Ķēde ar OB priekšpastiprinātos ir reta. Emitera sekotājam ir lielākā ieejas un zemākā izejas pretestība no visām trim shēmām, tāpēc to izmanto gadījumos, kad šī funkcija ļauj saskaņot atsevišķas pastiprinātāja daļas, lai uzlabotu pastiprinājuma kvalitāti.
Apskatīsim pastiprinātāja posmu ar OE. Aprēķinot pastiprinātāja kaskādi, parasti ir zināmi: 1) R n - slodzes pretestība, kurai jādarbojas aprēķinātajai kaskādei. Slodze var būt arī līdzīga kaskāde; 2) I n.m – nepieciešamā slodzes strāvas amplitūdas vērtība; 3) pieļaujamie frekvenču traucējumi; 4) darba temperatūras diapazons; 5) vairumā gadījumu tiek norādīts kolektora ķēdes barošanas avota spriegums.
Aprēķina rezultātā jānosaka: 1) tranzistora veids; 2) izvēlētā tranzistora darbības režīms; 3) kaskādes parametri; 4) visu ķēdes elementu (rezistoru, kondensatoru) vērtības, to parametri un veidi.
Pastiprinātāja aprēķins
Tranzistora zemfrekvences sprieguma pastiprinātāja pakāpes aprēķins
ar reostatisko-kapacitatīvo savienojumu
Aprēķinu secība ir dota tranzistoram, kas pieslēgts saskaņā ar OE (common emitter) ķēdi.Att. 1. attēlā parādīta pastiprinātāja stadijas diagramma.
Sākotnējie dati: 1) spriegums pie kaskādes izejas U iziet.m(slodzes spriegums); 2) slodzes pretestība R n ; 3) zemāka izslēgšanas frekvence f n; 4) kaskādes frekvences kropļojuma koeficienta pieļaujamā vērtība zemfrekvences reģionā M n; 5) barošanas spriegums E P .
Noteikt: 1) tranzistora veidu; 2) tranzistora darbības režīms; 3) kolektora slodzes pretestība R K ; 4) pretestība emitētāja ķēdē R E ; 5) sprieguma dalītāja pretestība R 1 Un R 2 tranzistora darbības režīma stabilizēšana; 6) atdalošā kondensatora C R kapacitāte; 7) kondensatora kapacitāte emitera ķēdē AR E; 8) kaskādes sprieguma pieaugums UZ U .
Aprēķinu procedūra
1. Izvēlieties tranzistora veidu, vadoties pēc šādiem apsvērumiem:
a) U ke.add (1,11,3) E P, U cap.add – augstākais pieļaujamais spriegums starp kolektoru un emitētāju, kas norādīts uzziņu grāmatās;
b)
I n.M – lielākā iespējamā slodzes strāvas amplitūda; Papildinu – lielākā pieļaujamā kolektora strāva, kas norādīta uzziņu grāmatās.
Piezīmes: 1) Jebkurš tranzistors atbilst norādītajam temperatūras diapazonam.
2. Atlasītajam tranzistora tipam pierakstiet no atsauces grāmatas strāvas pastiprinājuma koeficientu vērtības OE min un M. Dažās atsauces grāmatās ir norādīts strāvas pastiprinājums OB ķēdei un kolektora sākotnējā strāva. Es zinu. . Tad =/(1-) (izvēloties tranzistora darbības režīmu, ir jāievēro nosacījums es k.min es Ph.D.). Sprieguma pastiprinātāja pakāpēm parasti izmanto P6 tipa mazjaudas tranzistorus; P13; P16; MP33; MP42 utt.
3. Tranzistora darbības režīmu nosaka slodzes taisne, kas balstīta uz OE izejas statisko (kolektora) raksturlielumu saimi. Slodzes līnijas uzbūve ir parādīta sadaļā Kļūda: Atsauces avots nav atrasts Slodzes līnija tiek konstruēta, izmantojot divus punktus: punkts 0 - atpūtas punkts (darba) un punkts 1, ko nosaka strāvas avota spriegums. E P . Punkta 0 koordinātas ir miera strāva es k0 un miera spriegums U ke0 (t.i., strāva un spriegums, kas atbilst U ieejai = 0).
Jūs varat ņemt I k0 = (1,05-1,2) I ārā (1,05-1,2) I n.M, bet ne mazāk kā l mA:
U ke0 = U out.m + U ost,
kur U ost ir zemākais pieļaujamais spriegums U ke.
Plkst U ke <U ost Rodas būtiski nelineāri kropļojumi, jo darba zonā ir raksturlielumu apgabali ar lielu izliekumu. Mazjaudas tranzistoriem varat ņemt U oc t = l V.
4. Nosakiet pretestības vērtības R UZ Un R E .
Pamatojoties uz izvades raksturlielumiem (Kļūda: atsauces avots nav atrasts), mēs nosakām R about = R UZ + R E. Kopējā pretestība emitētāja-kolektora ķēdē
G 
de I – strāva, ko nosaka 4. punkts, t.i. slodzes līnijas krustošanās punkts ar strāvas asi.
P 
Pieņemot, ka R E = (015 0,25) R K, mēs iegūstam
R E = R rev – R K
5. Nosakām strāvas Iin.m un sprieguma Uin.m ieejas signāla augstākās amplitūdas vērtības, kas nepieciešamas norādītās vērtības nodrošināšanai Uout.m. Iestatot tranzistora strāvas pastiprinājuma minimālo vērtību min, iegūstam:
T 
kad
Saskaņā ar ieejas statisko raksturlielumu ķēdei ar OE, kas ņemts plkst U ke= –5 V (Kļūda: atsauces avots nav atrasts), un atrastās vērtības es b. min Un es b. maks atrast vērtību 2 U ievade.m .
6. Noteikt kaskādes ieejas pretestību R ieejas maiņstrāvai (neņemot vērā sprieguma dalītāju R 1 Un R 2 ):
7
. Dalītāja pretestības noteikšana R 1
Uz R 2
. Lai samazinātu dalītāja manevrēšanas efektu uz maiņstrāvas kaskādes ievades ķēdi, ņemiet
R 
1-2 (8 12) R in~
8. Nosakiet kaskādes stabilitātes koeficientu:
kur M ir izvēlētā tipa tranzistora lielākais iespējamais strāvas pastiprinājums.
Normālai kaskādes darbībai stabilitātes koeficients S nedrīkst pārsniegt vairākas vienības. (s 
)
9. Nosakiet atdalošā kondensatora kapacitāti C p:
kur Rout.T – tranzistora izejas pretestība, ko nosaka OE ķēdes izejas statiskie raksturlielumi. Vairumā gadījumu R ārā.T >>R UZ, lai mēs varētu pieņemt R ārā R UZ + R N .
pieņemts uzstādīšanai 
1
1. Nosakiet kaskādes sprieguma pieaugumu:
Piezīme. Dotajā aprēķina procedūrā nav ņemtas vērā prasības kaskādes stabilitātei.
A. Bepskis
RM. HF-VHF. 1/2002
Projektējot tranzistoru jaudas pastiprinātājus, radioamatieri bieži neveic pilnīgu ķēdes aprēķinu sarežģītības un aprēķinu apjoma dēļ. Radiotehnikas ierīču modelēšanas datormetodes neapšaubāmi atvieglo projektēšanas procesu, taču arī šādu programmu iegūšana un izstrāde rada zināmas problēmas, tāpēc grafiskās aprēķinu metodes atsevišķiem radioamatieriem var būt vispieņemamākās un pieejamākās, piemēram, punktā aprakstītā metode.
Viens no galvenajiem jaudas pastiprinātāju projektēšanas mērķiem ir iegūt maksimālo izejas jaudu. Tomēr, izvēloties pastiprinātāja barošanas spriegumu, ir jāievēro nosacījums - izejas tranzistora Uke max nedrīkst pārsniegt atsauces grāmatā norādīto vērtību par vairāk nekā 10%. Projektējot, ir jāņem vērā arī tranzistora Ik max un Pk max atsauces vērtības un papildus jāzina koeficienta b vērtība.
Izmantotā apzīmējuma nozīme ir ilustrēta 1. att. Izmantojot tranzistora atskaites parametrus, uz milimetru papīra tiek konstruēta koordinātu sistēma Uk, Ik un uz tās uzzīmētas taisnes Ik max, Uke max un maksimālās jaudas līkne Pk max (2. att.). Tranzistora darbības punkts atrodas apgabalā, ko ierobežo taisnas līnijas Ik max un Uke max un hiperbola Pk max.
1. att
Kaskādes izejas jauda būs lielāka, jo tuvāk hiperbolai Pk max iet slodzes taisne.
Maksimālā jauda tiek sasniegta, kad hiperbola pieskaras taisnai līnijai. Maksimālais izejas spriegums tiek nodrošināts, ja slodzes līnija atstāj punktu Uke max. Lai vienlaicīgi izpildītu abus minētos nosacījumus, taisnei, kas iziet no punkta Uke max, ir jāpieskaras hiperbolai Pk max.
Dažreiz kļūst nepieciešams iegūt lielu strāvu caur izejas tranzistoru. Šajā gadījumā ir nepieciešams novilkt slodzes taisni no punkta Ik max pieskares līdz hiperbolai Pk max. Tranzistors darbosies A klases režīmā.
Izvēlēsimies MP tranzistora darbības punktu tā, lai izejas spriegums būtu maksimāls un simetrisks. No darba punkta velkam taisnas līnijas paralēli asīm Uk un Ik. Krustošanās punktā ar Uk asi iegūstam kaskādes barošanas sprieguma vērtību, bet krustošanās punktā ar Ik asi - tranzistora miera strāvas vērtību (Iko). Pēc tam, zinot koeficientu tranzistorā, jūs varat noteikt bāzes strāvu Ibo izvēlētajam darbības punktam. Turklāt jūs varat aprēķināt citus kaskādes parametrus, kas ir svarīgi izstrādātājam. Jāpatur prātā, ka rezistora Re pretestība ir jāizvēlas pēc iespējas zemāka (ārkārtējā gadījumā vienāda ar nulli).
Lai ilustrētu aprakstīto metodi jaudas pastiprinātāju ierobežojošo parametru aprēķināšanai, apsveriet algoritmu tranzistora 2N3632 (aptuvenais analogs - KT907) izejas stadijas izstrādei.
Šim tranzistoram: Uke max = 40V; Pk max=23 W; Ik max=3 A; b=50...110 (aprēķiniem ņemam b=100); ft=400 MHz.
Grafiski iegūstam šādus datus: Up=16 V; Iko=1,36 A; Uout=30 V: Iкm=2,8A.
Nosakiet bāzes strāvu:
Strāva caur dalītāju:
Dalītāja rezistoru pretestība.
Krievijas Federācijas Izglītības ministrija
Urālas Valsts tehniskā universitāte
Tehnisko sistēmu automatizācijas un vadības katedra
PRIEKŠPASTIPRINĀTĀJA APRĒĶINS
UZ TRANSISTORA KT3107I
Kursa darbs tālāk
Elektronika
Studentu gr. R-291a A.S. Kļikovs
Skolotājs
Asociētais profesors, Ph.D. V. I. Poutovs
Jekaterinburga 2000
1. Sākotnējie dati pastiprinātāja 3 aprēķināšanai
2. Tranzistoru izvēle4
3. Tranzistora režīma aprēķins līdzstrāvai 4
4. Izvēlieties barošanas spriegumu 5
5. Tr-ra5 darbības režīmu nodrošinošo elementu aprēķins
6. Jaudas S f, S 1, S 2, S e 7 aprēķins
7. Aprēķinu rezultāti8
8. Pastiprinātāja 9. frekvences reakcija un fāzes reakcija
9. Atsauces 10
1. Sākotnējie dati pastiprinātāja aprēķināšanai
UH = 0,2 IN
RH = 0,3 kOhm
RС = 0,5 kOhm
tmax = 70 0 C
f n = 50 Hz
f in = 25 Hz
 |
2. Tranzistora izvēle.
Izvēlētajam tranzistoram kvalitātes koeficients D t:
kur r¢ b ir pamatnes tilpuma pretestība, kas vienāda ar 150 Ohm C uz – kolektora savienojuma kapacitāte
Pēc aprēķinātajiem datiem un no nosacījumiem: Р к max >Р к, B min ³ B nepieciešams, ¦ in ³¦ in, nepieciešams izvēlamies tranzistoru KT3107I
3. Tranzistora režīma aprēķins, pamatojoties uz līdzstrāvu.
Kolektora strāvu Ik nosaka pēc formulas:
kur Rin = V * r e = 1k9 - kaskādes ieejas pretestība E c - signāla avots
Spriegums pie kolektora-emitera U ke: tranzistora darbības punkts = 1,5 IN
I 0 k = 1,82 IN
4. Strāvas padeves sprieguma izvēle.
Atradīsim R e, izmantojot formulu:
kur S – temperatūras koeficients
Rb = (5¸10) R in = 5*1900 = 9500 Ohm– kopējā bāzes pretestība
Atradīsim U b:
Definēsim R f:
Saskaņā ar GOST mēs izvēlamies:
R 1 = 6 k0 R 2 = 16 k0 R e = 3 k2 R f = k45
Pārbaudīsim nevienlīdzību:
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 – nevienlīdzība ir izpildīta
Definēsim atkārtotājam 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
Atradīsim Rin2 un Rout2:
Pirmā posma ieguvums:
6. Jaudas C f, C 1, C 2, C e aprēķins.
kur K SG = 40 – izlīdzināšanas koeficients
f P = 100 Hz– galvenā barošanas avota pulsācijas frekvence
| 8. Amplitūdas-frekvences un fāzes-frekvences raksturlielumi. | ||||||||||||||||
| 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 |
ANALĪTISKAIS APSKATS
Zemfrekvences pastiprinātāju pamatā ir bipolāri un lauka efekta tranzistori diskrētā vai integrētā konstrukcijā. Zemfrekvences pastiprinātāji var ietvert jebkuru signālu (sensoru, iepriekšējo pastiprinātāju, mikrofonu utt.) kā ieejas signāla avotu. Lielākā daļa ieejas signāla avotu attīstīt ļoti zemu spriegumu. Nav jēgas to tieši piegādāt jaudas pastiprināšanas stadijai, jo ar vāju vadības spriegumu nav iespējams iegūt būtiskas izejas strāvas un līdz ar to arī izejas jaudas izmaiņas. Pastiprinātāja blokshēma papildus izejas posmam, kas nodrošina nepieciešamo jaudu, ietver arī priekšpastiprināšanas posmus.
Šīs kaskādes parasti klasificē pēc slodzes pretestības rakstura tranzistora izejas ķēdē. Visplašāk tiek izmantoti rezistīvie pastiprinātāju posmi, kuru slodzes pretestība ir rezistors. Transformatoru var izmantot arī kā tranzistora slodzi. Šādas kaskādes sauc par transformatoru kaskādēm.
Uz bipolāriem tranzistoriem balstītajos priekšpastiprinātāja posmos visbiežāk tiek izmantota kopēja emitera ķēde, kurai ir augsts sprieguma un jaudas pastiprinājums, salīdzinoši liela ieejas pretestība un kas ļauj izmantot vienu kopīgu barošanas avotu emitētāja un kolektora shēmām.
Vienkāršākā pretestības pastiprinātāja pakāpes shēma ar kopēju emitētāju un jaudu no viena avota ir parādīta 1. attēlā.
1. attēls - Vienkāršākā rezistīvā pastiprinātāja pakāpes shēma
Šo ķēdi sauc par fiksētas bāzes strāvas ķēdi. Fiksētai bāzes strāvas nobīdei ir minimāls detaļu skaits un zems strāvas patēriņš no barošanas avota. Turklāt relatīvi lielā rezistora R pretestība b praktiski neietekmē kaskādes ieejas pretestības vērtību. Tomēr šī nobīdes metode ir piemērota tikai tad, ja kaskāde darbojas ar nelielām tranzistora temperatūras svārstībām. Turklāt ir liela parametru izkliede un nestabilitāte b pat tāda paša veida tranzistoriem tie padara kaskādes darbības režīmu nestabilu, mainot tranzistoru, kā arī laika gaitā.
Efektīvāka ir ķēde ar fiksētu nobīdes spriegumu uz pamatnes, kā parādīts 2. attēlā.
2. attēls. Shēma ar sprieguma dalītāju
Šajā shēmā rezistori Un savienots paralēli barošanas avotam E uz, tādējādi veidojot sprieguma dalītāju. Dalītājs, ko veido rezistori Un jābūt pietiekami lielai pretestībai, pretējā gadījumā kaskādes ieejas pretestība būs maza.
Veidojot tranzistora pastiprinātāja shēmas, ir jāveic pasākumi, lai stabilizētu darbības punkta stāvokli uz raksturlielumiem. Iemesls, kāpēc mums ir jāizmanto šie pasākumi, ir temperatūras ietekme. Ir vairākas iespējas tranzistoru kaskāžu darbības režīmu tā sauktajai termiskajai stabilizācijai. Visizplatītākās iespējas ir parādītas 3., 4., 5. attēlā.
Ķēdē (sk. 3. attēlu) termistors ar negatīvu temperatūras pretestības koeficientu ir savienots ar bāzes ķēdi tā, ka, temperatūrai paaugstinoties, negatīvais spriegums pie pamatnes samazinās, jo samazinās pamatnes pretestība. termistors. Šajā gadījumā tiek samazināta bāzes strāva un līdz ar to arī kolektora strāva.
3. attēls - ķēde ar termistoru
Viena no iespējamām termiskās stabilizācijas shēmām, izmantojot pusvadītāju diodi, ir parādīta 4. attēlā.
4. attēls. Termiskās stabilizācijas shēma, izmantojot pusvadītāju diodi
Šajā shēmā diode ir savienota pretējā virzienā, un diodes reversās strāvas temperatūras raksturlielumam jābūt līdzīgam tranzistora kolektora reversās strāvas temperatūras raksturlielumam. Mainot tranzistoru, stabilitāte pasliktinās, jo mainās reversā kolektora strāvas lielums.
Visplašāk izmantotā shēma ir režīma termiskā stabilizācija, kas parādīta 5. attēlā.
5. attēls – Shēma ar emitera stabilizācijas ķēdi ReSe
Šajā shēmā uz fiksētu priekšu nobīdes spriegumu, kas ņemts no rezistoraspriegums, kas parādās pāri rezistoram R, ir ieslēgts uh kad caur to iet emitētāja strāva. Ļaujiet, piemēram, temperatūrai paaugstinoties, palielinās kolektora strāvas nemainīgā sastāvdaļa. Kolektora strāvas palielināšanās izraisīs emitētāja strāvas palielināšanos un sprieguma kritumu rezistorā R uh . Tā rezultātā samazināsies spriegums starp emitētāju un bāzi, kas novedīs pie bāzes strāvas un līdz ar to arī kolektora strāvas samazināšanās. Vairumā gadījumu rezistors R uh šunts ar lieljaudas kondensatoru. Tas tiek darīts, lai noņemtu emitētāja strāvas mainīgo komponentu no rezistora R e.
3 STRUKTURĀLĀS DIAGRAMMAS SASTĀDĒŠANA
Projektētajam pastiprinātājam vēlams izmantot ķēdi, kas ietver sprieguma dalītāju un atdalošos kapacitatīvos elementus (kondensatorus).
Sprieguma dalītājs ir paredzēts, lai novirzītu spriegumu pie pamatnes. Dalītājs sastāv no pretestībām Rb1 un R b2. Pretestība Rb1 savienojas ar Pastāvīgā sprieguma avota Ek pozitīvs kontakts paralēli kolektora pretestībai R uz , un R b2starp pamatzaru un pastāvīgā sprieguma avota Ek negatīvo kontaktu.
Atdalošie kondensatori kalpo signāla līdzstrāvas komponentes nogriešanai (t.i., šo elementu funkcija ir neļaut līdzstrāvai iziet cauri). Tie atrodas starp pastiprinātāja pakāpēm, starp signāla avotu un pakāpēm, kā arī starp pēdējo pastiprinātāja pakāpi un slodzi (pastiprinātā signāla patērētājs).
Turklāt emitera stabilizācijas ķēdē tiek izmantoti kondensatori. Savienots paralēli emitera pretestībai Re.
Tie kalpo, lai noņemtu signāla mainīgo komponentu no emitētāja pretestības.
Divpakāpju pastiprinātāja darbības princips parādīts 6. attēlā.
6. attēlā - divpakāpju pastiprinātāja blokshēma
No signāla avota uz pastiprinātāja pirmo pakāpi tiek piegādāts vājš signāls, ko pastiprina tranzistors, pateicoties pastāvīgajam barošanas spriegumam, kas tiek saņemts no strāvas avota. Tad vairākas reizes pastiprinātais signāls nonāk otrā posma ieejā, kur
Arī caur barošanas spriegumu tas tiek pastiprināts līdz vajadzīgajam signāla līmenim, pēc kura tas tiek pārraidīts patērētājam (šajā gadījumā slodzei).
Vingrinājums:
Izstrādājiet zemas frekvences, vidējas jaudas sprieguma priekšpastiprinātāja ķēdi ar norādītajiem parametriem:
Sprieguma amplitūdas vērtība pastiprinātāja izejā Uout = 6 V;
Avota signāla amplitūdas vērtība Uin = 0,15 V;
Līdzstrāvas sprieguma avota spriegums kolektora ķēdē Ek = 20 V;
Pretestība pastiprinātāja slodzes ķēdē Rн = 3,3 kOhm;
Pastiprināto frekvenču diapazons F n F in = 20 Hz - 20000 Hz;
Frekvences kropļojumu koeficients M in = 1,18;
Signāla avota iekšējā pretestība Ri = 130 omi.
Nosakīsim maksimālo kolektora-emitera spriegumu Uke, kam jāatbilst nosacījumam:
Ukemah ≥ 1,2 × Ek.
Ukemah ≥ 1,2 × 20 = 24 V.
Autors tranzistors ir piemērots apstākļiem GT 404A (A pielikums)
h 21e = 30 ÷ 80
7. attēls – tranzistora pastiprinātāja pakāpes diagramma ar kopēju emitētāju
4 TRANZISTORA PASTIPRINĀTĀJA APRĒĶINS
4.1 Pirmā kaskāde.
4.1.1 Līdzstrāvas pastiprinātāja aprēķins
Aprēķinot pastiprinātāju, mēs izmantojam grafiski analītisko aprēķina metodi.
Pirmkārt: mēs izvēlamies tranzistora darbības punktu uz strāvas sprieguma raksturlīknes ieejas volt-ampēra raksturlielumiem (sk. A pielikumu). No Ubep atzara punkta uzvelciet perpendikulu, līdz tas krustojas ar ievades līknes grafiku. Šis punkts ir pamatnes atpūtas punkts. Nolaižot perpendikulu no tā uz Ib asi, mēs atrodam pastāvīgo bāzes strāvu Ibp, mA
Uz sprieguma ass Ube mēs nosakām minimālo Ube min un maksimālais Ube Maks sprieguma vērtības, no abām pusēm atstājot segmentus, kas vienādi ar Umin. No iegūtajām vērtībām mēs novelkam perpendikulus krustojumam ar grafika līkni un no krustošanās punktiem ar grafiku līdz bāzes strāvas Ib asij.
Izejas raksturlielumu saimes grafikā mēs nosakām darbības punkta pozīciju, novelkot horizontālu taisnu līniju no punkta Ikp uz Ik ass, līdz tā krustojas ar noteiktu atzaru no bāzes strāvu saimes (sk. B pielikumu) . Tas būs kolektora ķēdes atpūtas punkts P. Nolaidīsim perpendikulāru pret sprieguma asij Ucap, kur iegūstam darba sprieguma atpūtas punktu.
Konstruēsim statisku slodzes līniju, izmantojot divus punktus, no kuriem viens ir P, bet otrs uz Uke ass ir vienāds ar Ek. Pēc slodzes līnijas izveidošanas, kad tā krustojas ar kolektora strāvas asi, tiek iegūts Isq punkts - tas ir fiktīvs punkts, kam ir strāvas nozīme, kas plūstu, ja tranzistors (džemperis) tiktu īsslēgts. .
Rezistoru pretestības R aprēķins b1 un R b2 (Omi) sprieguma dalītājs
Mēs izvēlēsimies sadalītāja strāvu diapazonā (8 ÷ 10) :
4.1.2. Kaskādes dinamiskais aprēķins.
Aprēķināsim sprieguma pieaugumu, izmantojot formulu:
Pirmais solis šajā posmā ir signāla avota sprieguma un tā iekšējās pretestības novadīšana uz pirmā posma ieeju, t.i. atrodiet ekvivalento spriegumu un pretestību, kas darbojas pirmā tranzistora pamatnē. Lai to izdarītu, mēs atradīsim ieejas strāvas R mainīgās sastāvdaļas bāzes ķēdes paralēlās pretestības vērtību. b pēc formulas:
Paralēli pretestībai Rb tiks pieslēgta tranzistora ieejas pretestība maiņstrāvai (dinamiskā), ko nosaka ieejas strāvas-sprieguma raksturlielums kā ieejas sprieguma pieauguma attiecība pret strāvu, t.i.:
Dinamiskās ieejas strāvas:
Tā kā pretestība kolektora ķēdē ir mainījusies atbilstoši mainīgam signālam, ir jāpārrēķina un jākonstruē dinamiskās slodzes taisne, kas iet caur diviem punktiem uz izejas raksturlīknes (A pielikums).
Patiesībā slodzes dinamiskais diapazons, kā izriet no A pielikuma, būs divu bāzes strāvas Ibd atzaru robežās. 1 un Ibd 2 1 un Ukd 2
7,5<40
Jāpievieno otra kaskāde.
Lai to izdarītu, aprēķināsim:
4.2. Otrā kaskāde
4.2.1. Līdzstrāvas pastiprinātāja aprēķins
Otrajam posmam izvēlēsimies vidējas jaudas tranzistoru. GT 404V h ir piemērots visiem parametriem 21e = 30 ÷ 80.
Jo ieejas strāvas-sprieguma raksturlielums ir vienāds GT 404A un GT 404V, tad sākotnējie būs tādi paši. Mēs veidojam grafiku tādā pašā veidā un ņemam vērtības.
Mēs arī izvēlēsimies darbības punktu (skat. D pielikumu).
Pretestība Re paredzēta kaskādes darbības režīma termiskai kompensācijai un tiek izvēlēta diapazonā (0,1.-0,3)Rк.
Jāizvēlas dalītāja strāva vidējas jaudas tranzistoram (2 ÷ 3) Ibp
Aprēķināsim rezistoru R pretestību b3 un R b4 , Ohm sprieguma dalītājs
4.2.2. Kaskādes dinamiskais aprēķins.
Atradīsim ieejas strāvas R maiņstrāvas komponentes bāzes ķēdes ekvivalentās pretestības vērtību b pēc formulas
Tranzistora maiņstrāvas ieejas pretestība (dinamiskā) ir:
Pretestību Rin un Rb paralēlais savienojums būs vienāds ar:
Tad ekvivalentais mainīgais signāls tranzistora ieejā būs vienāds ar:
Noteiksim ieejas sprieguma minimālo un maksimālo dinamisko vērtību, izmantojot formulu:
Dinamiskās ieejas strāvas:
Aprēķināsim slodzes pretestību, kas tiks atrasta no izteiksmes:
Tā kā pretestība kolektora ķēdē ir mainījusies atbilstoši mainīgam signālam, ir jāpārrēķina un jāizveido dinamiskās slodzes taisne, kas iet caur diviem punktiem uz izejas raksturlielumu (D pielikums).
Pirmais punkts paliks, tāpat kā statiskajam režīmam - punkts P. Otrajam punktam (fiktīvam) jāatrodas uz ordinātām Ik, un to aprēķina pēc formulas:
Patiesībā slodzes dinamiskais diapazons, kā redzams 2.14. attēlā, būs divu bāzes strāvas Ibd atzaru robežās. 1 un Ibd 2 . Mainīsies arī izejas sprieguma izmaiņu diapazons un atbilstoši dinamiskajai slodzes līnijai būs Ucd 1 un Ukd 2 . Pēc tam faktisko kaskādes pieaugumu nosaka pēc izteiksmes:
Aprēķināsim reālo peļņu:
4.3. Sakabes kondensatoru un šunta kondensatoru kapacitātes aprēķins
1. kaskāde:
2. posms:
Otrajai kaskādei (izmantojot tās pašas formulas kā pirmajai kaskādei):
5 SECINĀJUMS
Veicot šo kursa darbu, tika izstrādāts pastiprinātājs, izmantojot tranzistorus GT404A un GT404B (pastiprinātāja ķēdē tika projektēti 2 posmi). Ir iegūta pastiprinātāja shematiska diagramma. Sprieguma pieauguma koeficients ir 40, kas atbilst nosacījumam.
Literatūra
1 Bočarovs L.I., Žebrjakovs S.K., Koļesņikovs I.F. Elektronisko ierīču aprēķins, izmantojot tranzistorus. – M.: Enerģētika, 1978.
2 Vinogradovs Yu.V. Elektroniskās un pusvadītāju tehnoloģijas pamati. – M.: Enerģētika, 1972.
3 Gerasimovs V.G., Kņazevs O.M. un citi Rūpnieciskās elektronikas pamati. – M.: Augstskola, 1986.g.
4 Karpovs V.I. Pusvadītāju kompensācijas sprieguma un strāvas stabilizatori. – M.: Enerģētika, 1967.
5 Cikins G.S. Pastiprinātāju ierīces. – M.: Komunikācija, 1971.
6 Malinin R.M. Tranzistoru ķēžu rokasgrāmata. – M.: Enerģētika, 1974.
7 Nazarovs S.V. Tranzistora sprieguma stabilizatori. – M.: Enerģētika, 1980.
8 Tsykina L.V. Elektroniskie pastiprinātāji. – M.: Radio un sakari, 1982.
9 Rudenko V.S. Pārveidošanas tehnoloģijas pamati. – M.: Augstskola, 1980.g.
10 Gorjunovs N.N. Pusvadītāju tranzistori. Katalogs - M.: Energoatomizdat, 1983. gads
Vissvarīgākais elektronisko ierīču mērķis ir pastiprināt elektriskos signālus. Ierīces, kas paredzētas šī uzdevuma veikšanai, sauc par elektroniskajiem pastiprinātājiem.
Pastiprinātājs ir elektroniska ierīce, kas kontrolē enerģiju, kas tiek piegādāta no strāvas avota uz slodzi. Turklāt vadībai nepieciešamā jauda, kā likums, ir daudz mazāka nekā slodzei piegādātā jauda, un ieejas (pastiprināto) un izejas (pie slodzes) signālu formas ir vienādas.
Pastiprinātāja darbības shematisks attēlojums
Pastiprināšanas ierīces tiek plaši izmantotas automatizācijā un telemehānikā, uzraudzības, kontroles un regulēšanas sistēmās, skaitīšanas un skaitļošanas iekārtās, instrumentos, sadzīves radioiekārtās utt.
Svarīgākie tehniskie rādītāji ir: pastiprinājums (spriegums, strāva un jauda), ieejas un izejas pretestība, izejas jauda, pastiprināto frekvenču diapazons, frekvence, fāze un nelineārie kropļojumi.
Lielākā daļa pastiprināto signāla avotu attīsta ļoti zemu spriegumu. Nav jēgas to piegādāt tieši uz jaudas pastiprināšanas stadiju, jo ar vāju vadības spriegumu nav iespējams iegūt būtiskas izejas strāvas un līdz ar to arī izejas jaudas izmaiņas. Tāpēc pastiprinātāja blokshēmā papildus izejas posmam, kas piegādā slodzei nepieciešamo lietderīgā signāla jaudu, ir iekļauti iepriekšējie pastiprināšanas posmi.
Šīs kaskādes parasti klasificē pēc slodzes pretestības rakstura tranzistora izejas ķēdē. Visplašāk tiek izmantoti rezistīvie pastiprinātāju posmi, kuru slodzes pretestība ir rezistors.
Priekšpastiprinātāja pakāpēs, kuru pamatā ir bipolāri tranzistori, visbiežāk tiek izmantota kopējā emitētāja (CE) ķēde, kurai ir augsts sprieguma un jaudas pieaugums, salīdzinoši augsta ieejas pretestība un kas ļauj izmantot vienu kopīgu barošanas avotu bāzei un kolektoru ķēdes.
Rezistīvā kaskāde uz bipolāra tranzistora
Vienkāršākā pretestības pastiprinātāja pakāpes shēma ar kopēju emitētāju un jaudu no viena avota ir parādīta attēlā Ieejas signāls nonāk bāzē un maina savu potenciālu attiecībā pret iezemēto emitētāju. Tas noved pie bāzes strāvas izmaiņām un līdz ar to arī kolektora strāvas un sprieguma izmaiņām slodzes pretestībā RK. Atdalīšanas kondensators Cp1 kalpo, lai novērstu bāzes strāvas līdzstrāvas komponentes plūsmu caur ieejas signāla avotu. Izmantojot kondensatoru Cp2, kaskādes izejā tiek piegādāts mainīga sprieguma komponents Uke, kas mainās atkarībā no ieejas signāla likuma, bet ievērojami pārsniedz to lielumu. Svarīga loma bāzes ķēdē ir rezistoram RB, kas nodrošina sākotnējā darba punkta izvēli tranzistora raksturlielumos un nosaka līdzstrāvas kaskādes darbības režīmu.
Vienkāršākā rezistīvā pastiprinātāja pakāpes shēma ar kopēju emitētāju
Lai noskaidrotu rezistora RB lomu, pievērsīsimies attēlam, kas ilustrē signāla pastiprināšanas procesu ar ķēdi ar kopēju emitētāju. Principā pastiprināšanas procesu var atspoguļot ar šādu elektrisko daudzumu attiecību.
Grafisks skaidrojums signāla pastiprināšanas procesam ar kopēju emitētāja ķēdi
Um IN I B m IK m IK m RK (Um KE = EK - IK m RK) = U m OUT
Patiešām, vispirms apskatot attēlu a un pēc tam b attēlu, var pārliecināties, ka ieejas signāla spriegums ar amplitūdu (Um VX = UBE m) maina bāzes strāvas vērtību fāzē. Šīs bāzes strāvas izmaiņas izraisa proporcionālas kolektora strāvas un kolektora sprieguma izmaiņas kolektora ķēdē, un kolektora sprieguma amplitūda (ņemot vērā mērogu gar x asi) izrādās ievērojami lielāka par kolektora sprieguma amplitūdu. bāzes spriegums. Jāņem vērā, ka signāla spriegumi kaskādes ieejā un izejā ir fāzē nobīdīti par 180°, t.i., tie atrodas pretfāzē.
Tas nozīmē, ka apskatāmā kaskāde, nepārkāpjot signāla maiņas likumu (mūsu konkrētajā gadījumā signāls mainās pēc sinusoidāla likuma), vienlaikus pagriež savu fāzi par 180°.
Lai iegūtu vismazākos pastiprinātā signāla kropļojumus, darba punktam (atpūtas punktam) P jāatrodas slodzes taisnes segmenta AB vidū, kas konstruēts tranzistora izejas raksturlielumu saimē (A klases pastiprināšanas režīms). . No b att. ir skaidrs, ka darba punkta P pozīcija atbilst nobīdes strāvai IBP bāzes ķēdē. Lai iegūtu izvēlēto režīmu, ir nepieciešams nodrošināt pastiprinātāju ar nepieciešamo nobīdes strāvas daudzumu bāzes ķēdē. Tas ir tas, kam rezistors RB tiek izmantots ķēdē pirmajā attēlā.
Attēlā parādīto ķēdi sauc par ķēdi ar fiksētu bāzes strāvu. Fiksētai bāzes strāvas nobīdei ir minimāls detaļu skaits un zems strāvas patēriņš no barošanas avota. Turklāt salīdzinoši lielā rezistora RB pretestība (desmitiem kOhmu) praktiski neietekmē kaskādes ieejas pretestības vērtību. Tomēr šī nobīdes metode ir piemērota tikai tad, ja kaskāde darbojas ar nelielām tranzistora temperatūras svārstībām. Turklāt parametra lielā izkliede un nestabilitāte pat tāda paša tipa tranzistoriem padara kaskādes darbības režīmu ļoti nestabilu, mainot tranzistoru, kā arī laika gaitā.
Efektīvāka ir shēma ar fiksētu nobīdes spriegumu uz pamatnes.Šajā shēmā rezistori R"B un R"B, kas savienoti paralēli barošanas avotam EK, veido sprieguma dalītāju.
Tas palielina ķēdes darbības režīma stabilitāti, jo strāvas izmaiņas tranzistora emitētāja un kolektora ķēdēs maz ietekmē nobīdes spriegumu.
Dalītāja pretestība R"B ir savienota paralēli tranzistora ieejas pretestībai. Turklāt, neņemot vērā mazo barošanas avota iekšējo pretestību, varam pieņemt, ka R"B un R"B ir savienoti paralēli katram. otrs.Tāpēc rezistoru R"B un R"B veidotajam dalītājam jābūt ar pietiekami augstu pretestību (vairāku kOhmu kārtu), pretējā gadījumā kaskādes ieejas pretestība būs nepieņemami maza.
Veidojot tranzistora pastiprinātāja shēmas, ir jāveic pasākumi, lai stabilizētu darbības punkta stāvokli uz raksturlielumiem. Galvenais destabilizējošais faktors, kas traucē stabilu tranzistora ķēdes darbību, ir temperatūras ietekme. Ir dažādas metodes tranzistoru kaskāžu darbības režīma termiskai stabilizācijai.
Visplašāk izmantotā režīma termiskās stabilizācijas shēma ir parādīta attēlā.
Rezistīvas pakāpes ķēde ar fiksētu nobīdes spriegumu
Šajā shēmā pretstatā no rezistora R"B noņemtajam fiksētajam priekšnovirzes spriegumam tiek ieslēgts spriegums, kas parādās uz rezistora RE, kad caur to iet emitera strāva. Lai nez kāpēc, piemēram, ar pieaugumu temperatūrā kolektora strāvas konstantā komponente palielinās.Tā kā IE = IK + IB, tad strāvas palielināšanās IK novedīs pie emitera strāvas IE palielināšanās un sprieguma krituma uz rezistora RE. Rezultātā samazināsies spriegums starp emitētāju un bāzes UBE, kas novedīs pie bāzes strāvas IB un līdz ar to arī strāvas IK samazināšanās.
Gluži pretēji, ja kāda iemesla dēļ kolektora strāva samazinās, tad arī spriegums pāri rezistoram RE samazināsies, un tiešais spriegums UBE palielināsies. Tas palielinās bāzes strāvu un kolektora strāvu.
Vairumā gadījumu rezistoru RE šuntē pietiekami lielas ietilpības kondensators SE (apmēram desmitiem mikrofaradu). Tas tiek darīts, lai noņemtu emitētāja strāvas mainīgo komponentu no rezistora RE.
Dati aprēķinam.
Pastiprinātāja posma shēmas shēma, kuras pamatā ir bipolārs tranzistors ar OE
Galvenās īpašības
|
Tranzistors |
Uke/(Ik/Ib)V/(mA/mA) |
Uke/RV/kOhm |
Ikm/IknmA/mA |
|||||||||||
Bipolārā tranzistora KT312V elektrisko parametru simboli:
 Apzīmējums: |
Parametrs |
|
statiskā strāvas pārvades koeficients |
|
|
strāvas pārvades koeficienta ierobežojošā frekvence |
|
|
kolektora savienojuma kapacitāte (Ck) un spriegums kolektorā (Uk), pie kura tas tiek mērīts |
|
|
emitera savienojuma kapacitāte (Ce) un emitētāja/bāzes spriegums (Ue), pie kura tas tiek mērīts |
|
|
Rb*Ck psec |
augstas frekvences atgriezeniskās saites laika konstante |
|
Uke/(Ik/Ib) V/(mA/mA) |
Bipolārā tranzistora kolektora-emitera piesātinājuma spriegums (Uke) pie noteiktas kolektora strāvas (Ik) un noteiktas bāzes strāvas (Ib) |
|
reversā kolektora strāva |
|
|
maksimālais pieļaujamais līdzstrāvas kolektora bāzes spriegums |
|
|
Uke/R V/kOhm |
maksimālais pieļaujamais pastāvīgais kolektora-emitera spriegums (Uke) noteiktai pretestības vērtībai, kas savienota starp bāzi un emitētāju (R) |
|
maksimālais pieļaujamais emitētāja bāzes līdzstrāvas spriegums |
|
|
Ikm/Ikn mA/mA |
maksimālā pieļaujamā konstante (Ikm) kolektora strāva maksimālā pieļaujamā kolektora strāva piesātinājuma režīmā (Ikn) vai impulsā |
|
maksimālā pieļaujamā nepārtrauktā jaudas izkliede pie kolektora |
