TRANSİSTÖR AMPLİFİKATÖRLERİ
Amplifikatörler en yaygın olanlar arasındadır. Otomasyon sistemlerinde ve radyo sistemlerinde kullanılan elektronik cihazlar. Amplifikatörler ön amplifikatörlere (voltaj amplifikatörleri) ve güç amplifikatörlerine ayrılır. Transistörlü ön amplifikatörler, tüp amplifikatörleri gibi bir veya daha fazla amplifikasyon aşamasından oluşur. Dahası, tüm amplifikatör aşamaları ortak özelliklere sahiptir; aralarındaki fark yalnızca niceliksel olabilir: eşit akımlar, voltajlar, farklı direnç değerleri, kapasitörler vb.
Ön amplifikasyon aşamaları için dirençli devreler (reostatik-kapasitif kuplajlı) en yaygın olarak kullanılır. Giriş sinyalini sağlama ve çıkışı elde etme yöntemine bağlı olarak amplifikatör devreleri aşağıdaki isimleri aldı:
1. Ortak bir emitör ile - OE (Hata: Referans kaynağı bulunamadı1).
2. Ortak bir tabanla - OB (Hata: Referans kaynağı bulunamadı).
3. Ortak bir toplayıcıyla (yayıcı takipçisi) - Tamam (Hata: Referans kaynağı bulunamadı3).
Güç açısından en büyük sinyal amplifikasyonunu sağladığı için en yaygın olanı OE kaskad devresidir. Ön yükselticilerde OB'li devre nadirdir. Verici takipçisi, her üç devre arasında en yüksek giriş ve en düşük çıkış direncine sahiptir; dolayısıyla bu özelliğin, amplifikasyonun kalitesini artırmak için amplifikatörün belirli parçalarının eşleştirilmesine olanak sağladığı durumlarda kullanılır.
OE'li bir amplifikatör aşamasını ele alalım. Bir amplifikatör kademesini hesaplarken genellikle aşağıdakiler bilinir: 1) R n - hesaplanan kademenin çalışması gereken yük direnci. Yük de benzer bir kademe olabilir; 2) I n.m – yük akımı genliğinin gerekli değeri; 3) izin verilen frekans bozulmaları; 4) çalışma sıcaklığı aralığı; 5) çoğu durumda, kolektör devresi güç kaynağının voltajı belirtilir.
Hesaplama sonucunda aşağıdakilerin belirlenmesi gerekir: 1) transistörün tipi; 2) seçilen transistörün çalışma modu; 3) kademeli parametreler; 4) tüm devre elemanlarının (dirençler, kapasitörler) değerleri, parametreleri ve tipleri.
Amplifikatör hesaplaması
Transistör düşük frekanslı voltaj yükseltici aşamasının hesaplanması
reostatik-kapasitif bağlantı ile
OE (ortak emitör) devresine göre bağlanan bir transistör için hesaplama sırası verilmiştir. Şekil 1 amplifikatör aşamasının bir diyagramını göstermektedir.
Başlangıç verileri: 1) kademeli çıkıştaki voltaj sen çıkış.m(yük voltajı); 2) yük direnci R N ; 3) daha düşük kesme frekansı F N; 4) düşük frekans bölgesinde kademeli frekans bozulma katsayısının izin verilen değeri M N; 5) güç kaynağı voltajı e P .
Belirleyin: 1) transistör tipi; 2) transistörün çalışma modu; 3) kollektör yük direnci R k ; 4) yayıcı devredeki direnç R e ; 5) voltaj bölücü direnci R 1 Ve R 2 transistörün çalışma modunun dengelenmesi; 6) ayırma kapasitörünün C R kapasitansı; 7) yayıcı devredeki kapasitörün kapasitansı İLE e; 8) kademenin voltaj kazancı İLE sen .
Hesaplama prosedürü
1. Aşağıdaki hususları dikkate alarak transistör tipini seçin:
a) U ke.add (1.11.3) e P, U cap.add – referans kitaplarında verilen, kolektör ve verici arasında izin verilen en yüksek voltaj;
B)
I n.M – yük akımının mümkün olan en yüksek genliği; Ekledim - referans kitaplarında verilen izin verilen en yüksek kolektör akımı.
Notlar: 1) Herhangi bir transistör verilen sıcaklık aralığını karşılar.
2. Seçilen transistör tipi için, referans kitabından OE min ve M için mevcut kazanç katsayılarının değerlerini yazın. Bazı referans kitapları OB devresi ve ilk kollektör akımı için mevcut kazancı verir. Biliyorum. . Sonra =/(1-) (transistörün çalışma modunu seçerken koşulun karşılanması gerekir BEN km.dak BEN Doktora). Gerilim yükseltici aşamaları için genellikle P6 tipi düşük güçlü transistörler kullanılır; P13; P16; MP33; MP42 vb.
3. Transistörün çalışma modu, OE için çıkış statik (kolektör) özellikleri ailesi üzerine inşa edilen yük düz çizgisiyle belirlenir. Yük hattının yapısı Hata: Referans kaynağı bulunamadı bölümünde gösterilmektedir. Yük hattı iki nokta kullanılarak oluşturulur: nokta 0 - dinlenme noktası (çalışma) ve nokta 1, güç kaynağının voltajıyla belirlenir. e P . 0 noktasının koordinatları hareketsiz akımdır BEN k0 ve hareketsiz gerilim U ke0 (yani U girişine karşılık gelen akım ve gerilim = 0).
I k0'ı alabilirsin = (1,05-1,2)I out (1,05-1,2)I n.M, ancak l mA'dan az değil:
U ke0 = U çıkış.m + U ost,
U ost, izin verilen en düşük gerilim U ke'dir.
Şu tarihte: sen ke <sen ostÇalışma alanı büyük eğriliğe sahip karakteristik alanlar içerdiğinden önemli doğrusal olmayan distorsiyonlar ortaya çıkar. Düşük güçlü transistörler için U oc t = l V değerini alabilirsiniz.
4. Direnç değerlerini belirleyin R İLE Ve R e .
Çıkış özelliklerine göre (Hata: Referans kaynağı bulunamadı), yaklaşık olarak R'yi belirleriz. = R İLE + R e. Verici-kollektör devresindeki toplam direnç
G 
de I - madde 4 tarafından belirlenen akım, yani. yük çizgisinin mevcut eksenle kesişme noktası.
P 
RE = (015 0,25) R K varsayarsak, şunu elde ederiz:
RE = R rev – R K
5. Belirtilen değer Uout.m'yi sağlamak için gerekli olan Iin.m akımının ve Uin.m voltajının giriş sinyalinin en yüksek genlik değerlerini belirleyin. Transistör akım kazancının minimum değerini min ayarlayarak şunu elde ederiz:
T 
Ne zaman
OE'li devrenin giriş statik karakteristiğine göre, sen ke= –5V (Hata: Referans kaynağı bulunamadı) ve bulunan değerler BEN B. dk. Ve BEN B. maksimum değeri bul 2 sen giriş.m .
6. Kaskadın alternatif akıma giriş direnci R girişini belirleyin (gerilim bölücüyü dikkate almadan) R 1 Ve R 2 ):
7
. Bölücü direncinin belirlenmesi R 1
İle R 2
. Bölücünün AC kademesinin giriş devresindeki manevra etkisini azaltmak için,
R 
1-2 (8 12) R in~
8. Kaskadın stabilite katsayısını belirleyin:
burada M seçilen transistör tipinin mümkün olan en yüksek akım kazancıdır.
Kaskadın normal çalışması için stabilite katsayısı S birkaç birimi aşmamalıdır. (S 
)
9. Ayırma kapasitörünün C p kapasitansını belirleyin:
Rout.T nerede – OE devresinin çıkış statik özelliklerine göre belirlenen transistörün çıkış direnci. Çoğu durumda R dışarı.T >>R İLE, böylece kabul edebiliriz R dışarı R İLE + R N .
kurulum için kabul edildi 
1
1. Kaskadın voltaj kazancını belirleyin:
Not. Verilen hesaplama prosedürü, kademenin stabilitesine ilişkin gereklilikleri dikkate almamaktadır.
A. Bepsky
RM. HF-VHF. 1/2002
Transistörlü güç amplifikatörlerini tasarlarken, radyo amatörleri karmaşıklık ve hesaplamaların büyük hacmi nedeniyle genellikle devrenin tam bir hesaplamasını yapmazlar. Radyo mühendisliği cihazlarını modellemek için kullanılan bilgisayar yöntemleri şüphesiz tasarım sürecini kolaylaştırır, ancak bu tür programların edinilmesi ve bunlara hakim olunması da belirli sorunlara neden olur, bu nedenle bazı radyo amatörleri için grafik hesaplama yöntemleri, örneğin içinde açıklanan yöntem gibi en kabul edilebilir ve erişilebilir olabilir.
Güç yükselteçlerini tasarlarken ana hedeflerden biri maksimum çıkış gücünü elde etmektir. Bununla birlikte, amplifikatör besleme voltajını seçerken koşulun karşılanması gerekir - Çıkış transistörünün Uke maksimum değeri, referans kitabında kendisi için verilen değerin %10'undan fazlasını aşmamalıdır. Tasarım yaparken, transistörün Ik max ve Pk max referans değerlerini de hesaba katmak ve ayrıca b katsayısının değerini bilmek gerekir.
Kullanılan notasyonun anlamı Şekil 1'de gösterilmektedir. Transistörün referans parametrelerini kullanarak, grafik kağıdı üzerine bir Uk, Ik koordinat sistemi oluşturulur ve üzerine Ik max, Uke max ve maksimum güç eğrisi Pk max düz çizgiler çizilir (Şekil 2). Transistörün çalışma noktası, Ik max ve Uke max düz çizgileri ve Pk max hiperbolünün sınırladığı alanın içinde bulunur.
Şekil 1
Kaskadın çıkış gücü, yük düz çizgisinin geçtiği hiperbol Pk max'a yaklaştıkça daha büyük olacaktır.
Hiperbol düz bir çizgiye dokunduğunda maksimum güce ulaşılır. Maksimum çıkış voltajı, yük hattı Uke max noktasından ayrılırsa sağlanır. Bahsedilen her iki koşulun aynı anda gerçekleşmesi için Uke max noktasından çıkan düz çizginin Pk max hiperbolüne dokunması gerekir.
Bazen çıkış transistöründen büyük bir akım elde etmek gerekli olabilir. Bu durumda Ikmax noktasından Pkmax hiperbolüne teğet bir yük düz çizgisi çizmek gerekir. Transistör A sınıfı modda çalışacaktır.
MP transistörün çalışma noktasını çıkış voltajı maksimum ve simetrik olacak şekilde seçelim. Çalışma noktasından Uk ve Ik eksenlerine paralel düz çizgiler çiziyoruz. Uk ekseni ile kesişme noktasında, kademeli besleme voltajının değerini ve Ik ekseni ile kesişme noktasında - transistörün hareketsiz akımının (Iko) değerini elde ederiz. Bundan sonra transistördeki katsayıyı bilerek seçilen çalışma noktası için temel akım Ibo'yu belirleyebilirsiniz. Ayrıca geliştirici için önemli olan diğer basamak parametrelerini de hesaplayabilirsiniz. Re direncinin direncinin mümkün olduğu kadar düşük (en uç durumda sıfıra eşit) seçilmesi gerektiği unutulmamalıdır.
Güç amplifikatörlerinin sınırlayıcı parametrelerini hesaplamak için açıklanan yöntemi göstermek için, 2N3632 transistöründe (yaklaşık analog - KT907) bir çıkış aşaması geliştirmeye yönelik algoritmayı düşünün.
Bu transistör için: Uke max = 40V; Pkmaks=23W; Ikmaks=3A; b=50...110 (hesaplamalar için b=100 alıyoruz); ft=400 MHz.
Grafiksel olarak şu verileri elde ederiz: Yukarı=16 V; İko=1,36 A; Uout=30 V: Iкm=2,8A.
Temel akımı belirleyin:
Bölücüden geçen akım:
Bölücü dirençlerin direnci.
Rusya Federasyonu Eğitim Bakanlığı
Ural Devlet Teknik Üniversitesi
Teknik Sistemlerde Otomasyon ve Kontrol Dairesi Başkanlığı
ÖN AMPLİFİKATÖR HESAPLAMA
TRANSİSTÖR KT3107I ÜZERİNDE
Ders çalışması
Elektronik
Öğrenci gr. R-291a AS Klykov
Öğretmen
Doçent, Ph.D. V. I. Pautov
Ekaterinburg 2000
1. Yükselteç 3'ün hesaplanması için ön veriler
2. Transistör seçimi4
3. Doğru akıma göre transistör modunun hesaplanması 4
4. Güç kaynağı voltajını seçin 5
5. tr-ra5'in çalışma modunu sağlayan elemanların hesaplanması
6. S f, S 1, S 2, S e 7 kapasitelerinin hesaplanması
7. Hesaplama sonuçları8
8. Amplifikatörün 9 frekans tepkisi ve faz tepkisi
9. Referanslar 10
1. Amplifikatörün hesaplanması için ön veriler
UH = 0,2 İÇİNDE
bağıl nem = 0,3 kOhm
RС = 0,5 kOhm
tmaks = 70 0 C
F sayı = 50 Hz.
F= 25 Hz.
 |
2. Transistör seçimi.
Seçilen transistör için kalite faktörü D t:
burada r¢b tabanın hacimsel direncidir, 150'ye eşittir Ohm C ila – toplayıcı bağlantı kapasitesi
Hesaplanan verilere göre ve koşullara göre: Р к max >Р к, B min ³ B gerekli, ¦ in ³¦ in, gerekli bir transistör seçiyoruz KT3107I
3. Doğru akıma göre transistör modunun hesaplanması.
Kolektör akımı Ik aşağıdaki formülle belirlenir:
burada Rin = V * r e = 1k9 - kademenin giriş direnci E c - sinyal kaynağı
Kollektör-vericideki gerilim U ke: Transistörün çalışma noktası = 1,5 İÇİNDE
ben 0 k = 1,82 İÇİNDE
4. Güç kaynağı voltajının seçilmesi.
Aşağıdaki formülü kullanarak R e'yi bulalım:
burada S – sıcaklık katsayısı
R b = (5¸10) R in = 5*1900 = 9500 Ohm– toplam taban direnci
U b'yi bulalım:
Rf'yi tanımlayalım:
GOST'a göre şunları seçiyoruz:
R 1 = 6k0 R 2 = 16k0 R e = 3k2 R f = k45
Eşitsizliği kontrol edelim:
ben 0 k * R e + U 0 k e + I 0 k * R k + (I 0 k + ben D) * R f ³ E k
5,824 + 1,5 + 2,5 + 1,179³ 5
11 ³ 5 – eşitsizlik sağlandı
Tekrarlayıcı R e2 için tanımlayalım:
U B2 = U K1 = I 0 e *R e + U 0 Ke = 1,82 mA * 3.2kOhm + 1.5İÇİNDE = 7.32 İÇİNDE
U Be2 = r¢ b * ben 0 e = 150 * 1,82 mA = 0.27 İÇİNDE
Rin2 ve Rout2'yi bulalım:
İlk aşama kazancı:
6. C f, C 1, C 2, C e kapasitelerinin hesaplanması.
burada K SG = 40 – yumuşatma katsayısı
f P = 100 Hz.– ana güç kaynağının titreşim frekansı
| 8. Genlik-frekans ve faz-frekans özellikleri. | ||||||||||||||||
| 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 |
ANALİTİK GÖRÜŞ
Düşük frekanslı amplifikatörler, ayrık veya entegre tasarımlı bipolar ve alan etkili transistörlere dayanır.Düşük frekanslı amplifikatörler, giriş sinyali kaynağı olarak herhangi bir sinyali (sensör, önceki amplifikatör, mikrofon vb.) içerebilir.Giriş sinyali kaynaklarının çoğu çok düşük bir voltaj geliştirir. Zayıf bir kontrol voltajıyla çıkış akımında ve dolayısıyla çıkış gücünde önemli değişiklikler elde etmek mümkün olmadığından, onu doğrudan güç amplifikasyon aşamasına beslemenin bir anlamı yoktur. Amplifikatörün blok şeması, gerekli gücü sağlayan çıkış aşamasına ek olarak ön amplifikasyon aşamalarını da içerir.
Bu kademeler genellikle transistörün çıkış devresindeki yük direncinin niteliğine göre sınıflandırılır. En yaygın olarak kullanılanlar, yük direnci bir direnç olan dirençli amplifikatör aşamalarıdır. Bir transformatör aynı zamanda transistör yükü olarak da kullanılabilir. Bu tür basamaklara transformatör basamakları denir.
Bipolar transistörlere dayanan ön amplifikatör aşamaları çoğunlukla yüksek voltaj ve güç kazancına, nispeten yüksek giriş direncine sahip olan ve verici ve toplayıcı devreler için ortak bir güç kaynağının kullanılmasına izin veren ortak bir yayıcı devre kullanır.
Ortak bir yayıcıya ve tek bir kaynaktan gelen güce sahip dirençli bir amplifikatör aşamasının en basit devresi Şekil 1'de gösterilmektedir.
Şekil 1 - Dirençli amplifikatör aşamasının en basit devresi
Bu devreye sabit taban akım devresi denir. Sabit temel akım yönlendirme, minimum sayıda parçaya ve güç kaynağından düşük akım tüketimine sahiptir. Ek olarak, R direncinin nispeten büyük direnci B kademenin giriş direncinin değeri üzerinde neredeyse hiçbir etkisi yoktur. Bununla birlikte, bu öngerilim yöntemi yalnızca kademenin transistörün sıcaklığındaki küçük dalgalanmalarla çalıştığı durumlarda uygundur. Ayrıca parametrelerde büyük bir dağılım ve kararsızlık vardır. B aynı tipteki transistörler için bile, transistör değiştirilirken ve zamanla kademeli çalışma modunu dengesiz hale getirirler.
Daha verimli bir devre, Şekil 2'de gösterilen, tabanda sabit öngerilim voltajına sahip olan devredir.
Şekil 2 - Gerilim bölücülü devre
Bu devredeki dirençler Ve E güç kaynağına paralel bağlıİle, böylece bir voltaj bölücü oluşturur. Dirençlerin oluşturduğu bölücü Ve yeterince büyük bir dirence sahip olmalıdır, aksi takdirde kademenin giriş direnci küçük olacaktır.
Transistörlü yükselteç devrelerini kurarken, çalışma noktasının karakteristikler üzerindeki konumunu stabilize edecek önlemlerin alınması gerekir. Bu önlemlere başvurmak zorunda kalmamızın nedeni sıcaklığın etkisidir. Transistör kademelerinin çalışma modlarının sözde termal stabilizasyonu için çeşitli seçenekler vardır. En yaygın seçenekler Şekil 3,4,5'te gösterilmektedir.
Devrede (bkz. Şekil 3), negatif sıcaklık direnç katsayılı bir termistör, taban devresine, sıcaklık arttıkça tabandaki negatif voltajın direncindeki azalmaya bağlı olarak azalacağı şekilde bağlanır. termistör. Bu durumda baz akımında ve dolayısıyla kollektör akımında bir azalma olur.
Şekil 3 - Termistörlü devre
Yarı iletken diyot kullanan olası termal stabilizasyon şemalarından biri Şekil 4'te gösterilmektedir.
Şekil 4 - Yarı iletken diyot kullanan termal stabilizasyon devresi
Bu devrede diyot ters yönde bağlanır ve diyot ters akımının sıcaklık karakteristiği, transistör kolektör ters akımının sıcaklık karakteristiğine benzer olmalıdır. Transistörü değiştirirken, ters kolektör akımının büyüklüğündeki değişiklik nedeniyle stabilite bozulur.
En yaygın kullanılan şema, Şekil 5'te gösterilen rejimin termal stabilizasyonudur.
Şekil 5 - Emitör stabilizasyon devresine sahip devre ReSe
Bu devrede dirençten alınan sabit bir ileri ön gerilime doğruR direnci boyunca görünen voltaj açılır ah yayıcı akım içinden geçtiğinde. Örneğin sıcaklık arttıkça kolektör akımının sabit bileşeninin arttığını varsayalım. Kolektör akımındaki bir artış, emitör akımında bir artışa ve R direnci üzerindeki voltajda bir düşüşe yol açacaktır. ah . Sonuç olarak, emitör ile baz arasındaki voltaj azalacak, bu da baz akımının ve dolayısıyla kolektör akımının azalmasına yol açacaktır. Çoğu durumda direnç R ah yüksek kapasiteli bir kapasitör tarafından yönlendirilir. Bu, yayıcı akımın alternatif bileşenini direnç R'den çıkarmak için yapılır. e.
3 YAPISAL ŞEMA TASARIMI
Tasarlanan amplifikatör için, voltaj bölücü ve ayırıcı kapasitif elemanlar (kapasitörler) içeren bir devre kullanılması tavsiye edilir.
Gerilim bölücü, tabandaki gerilimi önleyecek şekilde tasarlanmıştır. Bölücü R dirençlerinden oluşurb1 ve R b2. Direnç Rb1 bağlanır kolektör direnci R'ye paralel sabit voltaj kaynağı Ek'in pozitif teması ve R'ye b2baz kolu ile sabit voltaj kaynağı Ek'in negatif kontağı arasında.
Ayırma kapasitörleri, sinyalin doğru akım bileşenini kesmeye yarar (yani bu elemanların işlevi, doğru akımın geçmesine izin vermemektir). Amplifikatör aşamaları arasında, sinyal kaynağı ile aşamalar arasında ve ayrıca son amplifikatör aşaması ile yük (yükseltilmiş sinyalin tüketicisi) arasında bulunurlar.
Ayrıca emitör stabilizasyon devresinde kapasitörler kullanılmaktadır. Verici direnci Re'ye paralel olarak bağlanır.
Sinyalin değişken bileşenini yayıcı direncinden çıkarmaya yararlar.
İki aşamalı bir amplifikatörün çalışma prensibi Şekil 6'da gösterilmektedir.
Şekil 6 - iki aşamalı bir amplifikatörün blok diyagramı
Güç kaynağından alınan sabit besleme voltajı nedeniyle transistör tarafından güçlendirilen amplifikatörün ilk aşamasına sinyal kaynağından zayıf bir sinyal verilir. Daha sonra birkaç kez güçlendirilmiş sinyal ikinci aşamanın girişine ulaşır;
Ayrıca besleme voltajı aracılığıyla istenen sinyal seviyesine yükseltilir ve ardından tüketiciye (bu durumda yük) iletilir.
Egzersiz yapmak:
Verilen parametrelerle düşük frekanslı, orta güçlü voltajlı bir ön yükselteç devresi geliştirin:
Amplifikatör çıkışındaki voltajın genlik değeri Uout = 6 V;
Kaynak sinyalinin genlik değeri Uin = 0,15 V;
Kolektör devresindeki DC voltaj kaynağı voltajı Ek = 20 V;
Amplifikatörün yük devresindeki direnç Rн = 3,3 kOhm;
Yükseltilmiş frekans aralığı F n F = 20 Hz - 20000 Hz;
Frekans bozulma faktörü M= 1,18'de;
Sinyal kaynağının iç direnci Ri = 130 Ohm.
Koşulu karşılaması gereken maksimum kollektör-verici voltajı Uke'yi belirleyelim:
Ukemah ≥ 1,2 × Ek.
Ukemah ≥ 1,2 ×20=24 V.
İle transistör koşullar için uygundur GT 404A (Ek A)
sa 21e = 30 ÷ 80
Şekil 7 - Ortak bir yayıcıya sahip bir transistörlü amplifikatör aşamasının şeması
4 TRANSİSTÖR AMPLİFİKATÖRÜNÜN HESAPLANMASI
4.1 İlk kademe.
4.1.1 DC amplifikatör hesaplaması
Amplifikatörü hesaplarken grafik-analitik hesaplama yöntemini kullanırız.
İlk olarak: akım-gerilim karakteristiğinin giriş volt-amper karakteristiğine göre transistörün çalışma noktasını seçiyoruz (bkz. Ek A). Ubep dalındaki bir noktadan giriş eğrisinin grafiğiyle kesişene kadar bir dik çizin. Bu nokta tabanın dinlenme noktasıdır. Dik olanı Ib eksenine indirerek, sabit taban akımını Ibp, mA buluruz
Ube gerilim ekseninde minimum Ube'yi belirliyoruz dk. ve maksimum Ube Maksimum voltaj değerleri, her iki tarafta Umin'e eşit segmentler bir kenara bırakılır. Elde edilen değerlerden grafiğin eğrisi ile kesişme noktasına ve grafik ile kesişme noktalarından Ib temel akımının eksenine dik çizgiler çiziyoruz.
Çıkış özellikleri ailesinin grafiğinde, Ik eksenindeki Ikp noktasından baz akım ailesinden belirli bir dalla kesişene kadar yatay bir düz çizgi çizerek çalışma noktasının konumunu belirleriz (bkz. Ek B) . Bu, kollektör devresinin dinlenme noktası P olacaktır. Çalışma geriliminin dinlenme noktasını elde ettiğimiz Ucap gerilme eksenine dik olanı indirelim.
Uke ekseninde biri P, ikincisi Ek'e eşit olan iki noktayı kullanarak statik bir yük doğrusu oluşturalım. Yük hattını oluşturduktan sonra, kolektör akımının ekseni ile kesiştiğinde sonuç Isq noktası olur - bu, transistörün (jumper) kısa devre yapması durumunda akacak akımın anlamını taşıyan hayali bir noktadır. .
Direnç dirençlerinin hesaplanması R b1 ve R b2 (Ohm) voltaj bölücü
Bölücü akımını (8 ÷ 10) aralığında seçiyoruz :
4.1.2 Kaskadın dinamik hesaplanması.
Aşağıdaki formülü kullanarak voltaj kazancını hesaplayalım:
Bu aşamadaki ilk adım, sinyal kaynağının voltajını ve iç direncini ilk aşamanın “girişine” getirmektir, yani. Birinci transistörün tabanına etki eden eşdeğer voltajı ve direnci bulun. Bunu yapmak için, giriş akımı R'nin alternatif bileşeninin taban devresinin paralel direncinin değerini bulacağız. b aşağıdaki formüle göre:
Rb direncine paralel olarak, transistörün alternatif akımı (dinamik) için giriş direnci bağlanacaktır; bu, giriş voltajı artışlarının akıma oranı olarak giriş akım-gerilim karakteristiği tarafından belirlenir, yani:
Dinamik giriş akımları:
Kollektör devresindeki direnç alternatif bir sinyale göre değiştiğinden, çıkış karakteristiğindeki iki noktadan geçecek olan dinamik yük düz çizgisini yeniden hesaplamak ve oluşturmak gerekir (Ek A).
Gerçekte, Ek A'da belirtildiği gibi yük dinamik aralığı, temel akımın Ibd iki kolu içerisinde olacaktır. 1 ve İbd 2 1 ve Birleşik Krallık 2
7,5<40
İkinci bir kademe eklenmelidir.
Bunu yapmak için hesaplayalım:
4.2. İkinci kademe
4.2.1 DC amplifikatör hesaplaması
İkinci aşama için orta güçte bir transistör seçeceğiz. GT 404V h tüm parametrelere uygundur 21e = 30 ÷ 80.
Çünkü giriş akım-gerilim karakteristiği aynı GT 404A ve GT 404V, o zaman ilk olanlar aynı olacaktır. Aynı şekilde bir grafik oluşturup değerleri alıyoruz.
Ayrıca çalışma noktasını da seçeceğiz (bkz. Ek D).
Re direnci, kademeli çalışma modunun termal kompanzasyonu için tasarlanmıştır ve (0.1.-0.3)Rк aralığında seçilir.
Orta güçte bir transistör için bölücü akımı seçilmelidir (2 ÷ 3) Ibp
R dirençlerinin direncini hesaplayalım b3 ve R b4 , Ohm voltaj bölücü
4.2.2 Kaskadın dinamik hesaplanması.
Giriş akımı R'nin alternatif bileşeninin taban devresinin eşdeğer direncinin değerini bulalım. b formüle göre
Transistörün AC giriş empedansı (dinamik):
Rin ve Rb dirençlerinin paralel bağlantısı şuna eşit olacaktır:
Daha sonra transistör girişindeki eşdeğer alternatif sinyal şuna eşit olacaktır:
Aşağıdaki formülü kullanarak giriş voltajının minimum ve maksimum dinamik değerini belirleyelim:
Dinamik giriş akımları:
İfadeden bulunacak yük direncini hesaplayalım:
Kolektör devresindeki direnç alternatif bir sinyale göre değiştiğinden, çıkış karakteristiğindeki iki noktadan geçecek bir dinamik yük düz çizgisinin yeniden hesaplanması ve oluşturulması gerekir (Ek D).
İlk nokta, statik mod - P noktası olarak kalacaktır. İkinci nokta (kurgusal), Ik ordinatında yer almalı ve aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanacaktır:
Gerçekte, Şekil 2.14'te gösterildiği gibi yük dinamik aralığı, temel akım Ibd'nin iki kolu içerisinde olacaktır. 1 ve İbd 2 . Çıkış voltajındaki değişim aralığı da değişecek ve dinamik yük çizgisine göre Ucd olacaktır. 1 ve İngiltere 2 . Daha sonra kademenin gerçek kazancı şu ifadeyle belirlenir:
Gerçek kazancı hesaplayalım:
4.3 Bağlantı kapasitörlerinin ve şönt kapasitör kapasitesinin hesaplanması
1. kademe:
2. aşama:
İkinci kademe için (birinci kademe ile aynı formülleri kullanarak):
5. SONUÇ
Bu ders çalışmasını gerçekleştirirken GT404A ve GT404B transistörleri kullanılarak bir amplifikatör geliştirildi (amplifikatör devresinde 2 aşama tasarlandı). Amplifikatörün şematik bir diyagramı elde edildi. Gerilim kazanç faktörü 40'tır ve bu koşulu karşılar.
Edebiyat
1 Bocharov L.I., Zhebryakov S.K., Kolesnikov I.F. Transistör kullanan elektronik cihazların hesaplanması. – M.: Enerji, 1978.
2 Vinogradov Yu.V. Elektronik ve yarı iletken teknolojisinin temelleri. – M.: Enerji, 1972.
3 Gerasimov V.G., Knyazev O.M. ve diğerleri Endüstriyel elektroniğin temelleri. – M.: Yüksekokul, 1986.
4 Karpov V.I. Yarı iletken kompanzasyon voltajı ve akım stabilizatörleri. – M.: Enerji, 1967.
5 Tsykin G.S. Amplifikatör cihazları. – M.: İletişim, 1971.
6 Malinin R.M. Transistör Devrelerinin El Kitabı. – M.: Enerji, 1974.
7 Nazarov S.V. Transistör voltaj stabilizatörleri. – M.: Enerji, 1980.
8 Tsykina L.V. Elektronik amplifikatörler. – M.: Radyo ve İletişim, 1982.
9 Rudenko V.S. Dönüşüm teknolojisinin temelleri. – M.: Yüksekokul, 1980.
10 Goryunov N.N. Yarı iletken transistörler. Rehber - M.: Energoatomizdat, 1983
Elektronik cihazların en önemli amacı elektrik sinyallerini yükseltmektir. Bu görevi gerçekleştirmek için tasarlanan cihazlara elektronik amplifikatörler denir.
Amplifikatör, bir güç kaynağından yüke sağlanan enerjiyi kontrol eden elektronik bir cihazdır. Ayrıca, kontrol için gereken güç, kural olarak, yüke sağlanan güçten çok daha azdır ve giriş (yükseltilmiş) ve çıkış (yükte) sinyallerinin şekilleri aynıdır.
Amplifikatörün çalışmasının şematik gösterimi
Amplifikasyon cihazları otomasyon ve telemekanikte, izleme, kontrol ve düzenleme sistemlerinde, sayma ve hesaplama makinelerinde, enstrümantasyonda, ev radyo ekipmanlarında vb. alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır.
En önemli teknik göstergeler şunlardır: kazanç (voltaj, akım ve güç), giriş ve çıkış direnci, çıkış gücü, yükseltilmiş frekans aralığı, frekans, faz ve doğrusal olmayan bozulmalar.
Güçlendirilmiş sinyal kaynaklarının çoğu çok düşük voltaj geliştirir. Bunu doğrudan güç amplifikasyon aşamasına sağlamanın bir anlamı yok çünkü zayıf bir kontrol voltajıyla çıkış akımında ve dolayısıyla çıkış gücünde önemli bir değişiklik elde etmek imkansızdır. Bu nedenle, amplifikatörün blok şeması, faydalı sinyalin gerekli gücünü yüke ileten çıkış aşamasına ek olarak, ön amplifikasyon aşamalarını içerir.
Bu kademeler genellikle transistörün çıkış devresindeki yük direncinin niteliğine göre sınıflandırılır. En yaygın olarak kullanılanlar, yük direnci bir direnç olan dirençli amplifikatör aşamalarıdır.
Bipolar transistörlere dayalı ön amplifikatör aşamalarında, çoğunlukla yüksek voltaj ve güç kazancına, nispeten yüksek giriş direncine sahip olan ve taban için ortak bir güç kaynağının kullanılmasına izin veren ortak bir verici (CE) devresi kullanılır. toplayıcı devreler.
Bipolar transistörde dirençli kaskad
Ortak bir yayıcıya ve tek bir kaynaktan gelen güce sahip dirençli bir amplifikatör aşamasının en basit devresi, Şekil 1'de gösterilmektedir. Giriş sinyali tabana girer ve topraklanmış yayıcıya göre potansiyelini değiştirir. Bu, baz akımında bir değişikliğe ve sonuç olarak kollektör akımında ve yük direnci RK üzerindeki voltajda bir değişikliğe yol açar. Dekuplaj kapasitörü Cp1, baz akımın DC bileşeninin giriş sinyali kaynağından akışını engellemeye yarar. Cp2 kondansatörü kullanılarak, kaskadın çıkışına, giriş sinyali yasasına göre değişen, ancak büyüklüğü önemli ölçüde aşan bir alternatif voltaj bileşeni Uke sağlanır. Transistörün özellikleri üzerinde ilk çalışma noktasının seçimini sağlayan ve DC kademesinin çalışma modunu belirleyen baz devredeki direnç RB tarafından önemli bir rol oynanır.
Ortak bir yayıcıya sahip dirençli bir amplifikatör aşamasının en basit devresi
Direnç RB'nin rolünü açıklığa kavuşturmak için, ortak yayıcıya sahip bir devre tarafından sinyal amplifikasyonu sürecini gösteren şekle dönelim. Prensip olarak amplifikasyon süreci elektriksel büyüklüklerin aşağıdaki ilişkisi ile yansıtılabilir.
Ortak bir yayıcı devre ile bir sinyalin yükseltilmesi işleminin grafiksel açıklaması
Um IN I B m IK m IK m RK (Um KE = EK - IK m RK) = U m OUT
Aslında, önce Şekil a'yı ve ardından Şekil b'yi inceleyerek, giriş sinyalinin genlikli voltajının (Um VX = UBE m) fazdaki temel akımın değerini değiştirdiğine ikna edilebilir. Baz akımındaki bu değişiklikler, kollektör devresindeki kolektör akımı ve kolektör voltajında orantılı değişikliklere neden olur ve kolektör voltajının genliği (x ekseni boyunca ölçek dikkate alınarak), genliğinden önemli ölçüde daha büyük olduğu ortaya çıkar. baz voltajı. Kaskadın giriş ve çıkışındaki sinyal voltajlarının fazda 180° kaydırıldığına, yani antifazda olduklarına dikkat edilmelidir.
Bu, söz konusu kademenin, sinyal değişimi yasasını ihlal etmeden (bizim özel durumumuzda sinyal sinüzoidal yasaya göre değişir), aynı zamanda fazını 180° döndürdüğü anlamına gelir.
Güçlendirilmiş sinyalde en az bozulmayı elde etmek için, çalışma noktası (dinlenme noktası) P, transistörün çıkış özellikleri ailesinde (A sınıfı amplifikasyon modu) oluşturulan yük düz çizgisinin AB bölümünün ortasında bulunmalıdır. . Şekil b'den çalışma noktası P'nin konumunun IBP temel devresindeki ön akıma karşılık geldiği açıktır. Seçilen modu elde etmek için, amplifikatöre baz devresinde gerekli miktarda ön akım sağlamak gerekir. İlk şekildeki devrede RB direncinin kullanıldığı şey budur.
Şekilde gösterilen devreye sabit taban akımına sahip devre denir. Sabit temel akım yönlendirme, minimum sayıda parçaya ve güç kaynağından düşük akım tüketimine sahiptir. Ek olarak, direnç RB'nin nispeten büyük direnci (onlarca kOhm) pratik olarak kademenin giriş direncinin değerini etkilemez. Bununla birlikte, bu öngerilim yöntemi yalnızca kademenin transistörün sıcaklığındaki küçük dalgalanmalarla çalıştığı durumlarda uygundur. Ek olarak, aynı tipteki transistörler için bile parametrenin büyük dağılımı ve kararsızlığı, transistörü değiştirirken ve zamanla kademeli çalışma modunu çok dengesiz hale getirir.
Daha verimli olan, tabanda sabit öngerilim voltajına sahip bir devredir.Bu devrede, EK güç kaynağına paralel bağlanan R"B ve R"B dirençleri bir voltaj bölücü oluşturur.
Bu, transistörün verici ve toplayıcı devrelerindeki akım değişikliklerinin ön gerilim üzerinde çok az etkisi olduğundan devrenin çalışma modunun kararlılığını artırır.
Bölücünün R"B direnci, transistörün giriş direncine paralel bağlanır. Ek olarak, güç kaynağının küçük iç direncini ihmal ederek, R"B ve R"B'nin birbirine paralel bağlandığını varsayabiliriz. diğer. Bu nedenle, R"B ve R"B dirençleri tarafından oluşturulan bölücü yeterince yüksek bir dirence sahip olmalıdır (birkaç kOhm düzeyinde), aksi takdirde kademenin giriş direnci kabul edilemeyecek kadar küçük olacaktır.
Transistörlü yükselteç devrelerini kurarken, çalışma noktasının karakteristikler üzerindeki konumunu stabilize edecek önlemlerin alınması gerekir. Bir transistör devresinin kararlı çalışmasını bozan ana istikrarsızlaştırıcı faktör sıcaklığın etkisidir. Transistör kademelerinin çalışma modunun termal stabilizasyonu için çeşitli yöntemler vardır.
Rejimin termal stabilizasyonu için en yaygın kullanılan şema Şekil 1'de gösterilmektedir.
Sabit öngerilim voltajına sahip dirençli bir aşamanın devresi
Bu devrede, R"B direncinden kaldırılan sabit ileri öngerilim gerilimine karşılık, içinden emitör akımı geçtiğinde RE direnci üzerinde görünen gerilim açılır. Bazı nedenlerden dolayı, örneğin bir artışla olsun. sıcaklıkta, kolektör akımının sabit bileşeni artar.IE = IK + IB olduğundan, IK akımındaki bir artış, yayıcı akım IE'de bir artışa ve RE direnci boyunca bir voltaj düşüşüne yol açacaktır.Sonuç olarak, yayıcı ile baz UBE arasındaki voltaj azalacak ve bu da baz akımı IB'de ve dolayısıyla akım IK'da bir azalmaya yol açacaktır.
Aksine, herhangi bir nedenle kolektör akımı azalırsa, RE direnci üzerindeki voltaj da azalacak ve UBE ileri voltajı artacaktır. Bu, baz akımını ve kolektör akımını artıracaktır.
Çoğu durumda, RE direnci, yeterince büyük kapasiteye sahip (onlarca mikrofarad düzeyinde) bir kapasitör SE tarafından şöntlenir. Bu, verici akımının alternatif bileşenini direnç RE'den çıkarmak için yapılır.
Hesaplama için veriler.
OE'li bipolar transistöre dayalı bir amplifikatör aşamasının devre şeması
Temel özellikleri
|
Transistör |
Uke/(Ik/Ib)V/(mA/mA) |
İngiltere/RV/kOhm |
Ikm/IknmA/mA |
|||||||||||
Bipolar transistör KT312V'nin elektriksel parametreleri için semboller:
 Tanım: |
Parametre |
|
statik akım aktarım katsayısı |
|
|
akım transfer katsayısının sınırlayıcı frekansı |
|
|
kolektör bağlantı kapasitesi (Ck) ve ölçüldüğü kolektördeki (Uk) voltaj |
|
|
Ölçüldüğü emitör bağlantı kapasitansı (Ce) ve emitör/taban voltajı (Ue) |
|
|
Rb*Ck psn |
yüksek frekanslı geri besleme zaman sabiti |
|
Uke/(Ik/Ib) V/(mA/mA) |
Belirli bir kolektör akımında (Ik) ve belirli bir temel akımda (Ib) iki kutuplu bir transistörün kollektör-yayıcı doyma voltajı (Uke) |
|
ters toplayıcı akımı |
|
|
izin verilen maksimum DC kolektör tabanı voltajı |
|
|
Uke/R V/kOhm |
taban ile verici (R) arasına bağlanan belirli bir direnç değeri için izin verilen maksimum sabit kollektör-verici gerilimi (Uke) |
|
izin verilen maksimum emitör bazlı DC voltajı |
|
|
Ikm/Ikn mA/mA |
izin verilen maksimum sabit (Ikm) kolektör akımı doyum modunda (Ikn) veya darbede izin verilen maksimum kolektör akımı |
|
kolektörde izin verilen maksimum sürekli güç kaybı |
