Усилители, построенные на полупроводниковых усилительных элементах (биполярных и полевых транзисторах). Выбор принципиальной схемы. Расчет выходного, предоконечного и входного каскадов. Параметры схемы и расчет обратной связи. Расчет элементов связи.
Усилителями называют устройства, в которых сравнительно маломощный входной сигнал управляет передачей значительно большей мощности из источника питания в нагрузку. Наибольшее распространение получили усилители, построенные на полупроводниковых усилительных элементах (биполярных и полевых транзисторах); в последние годы усилители преимущественно используются в виде готовых неделимых компонентов - усилительных ИМС. Простейшая ячейка, позволяющая осуществить усиление, называется усилительным каскадом. В установившихся режимах многие физические величины постоянны либо изменяются весьма медленно (напряжение и частота сети, частота вращения двигателя, напор воды на гидроэлектростанции). Поэтому усилитель должен обладать способностью усиливать как переменные, так и постоянные или медленно изменяющиеся величины.Находим максимальную мощность Рвх сигнала на входе усилителя, которую можно получить при равенстве входного сопротивления Rвх усилителя и внутреннего выходного сопротивления Rген источника сигнала: (1.1) где еген - величина ЭДС источника сигнала; Составим структурную схему (рисунок 1.1): Рисунок 1.1 - Структурная схема усилителя: ВХК - входной каскад, обеспечивающий главным образом согласование с источником сигнала; ПК - промежуточный каскад; ПОК - предоконечный каскад; ВК - выходной сигнал, работающий непосредственно на нагрузкуПо следующим неравенствам выбираем транзисторы VT3 (VT4): (2.6) По справочнику [11] выбран транзистор KT817Б со следующими параметрами: - максимально допустимая постоянная рассеиваемая мощность на коллекторе; Ток покоя коллектора I0k3 транзисторов VT3 и VT4: (2.8) где Ікомах (50°C) =1500МКА берется в справочнике [11]. Соответствующие значения токов переносятся на входные характеристики (рис.2.3): Uбm3=0,54В - амплитудное значение напряжения на базо-эмиттерном переходе; U0б3=0,6В - напряжение покоя базы; Uб3max=1,14В - максимальное значение напряжения на базо-эмиттерном переходе; Ібм3=57МА - амплитудное значение тока базы; I0б3=1,78МА - ток покоя базы; Іб3max=55.22МА - максимальное значение тока базы. По следующим неравенствам выбираются транзисторы VT1, VT2: По справочнику [11] выбраны транзисторы KT814Б (p-n-p) и КТ815Б (n-p-n) со следующими параметрами: Для построения линии нагрузки по переменному току транзисторов VT1 (VT2) выбираются следующие координаты точекВыбирается транзистор VT КТ3102Е со следующими параметрами: Принимается Тогда Допускается, что напряжение в точке В UB=24В. Мощность, выделяемая на резисторах R1 и R2: (3.3) Мощность, выделяемая на резисторе R4: (3.5) Мощность, выделяемая на резисторе Rэ: (3.7)Схема входного каскада представлена на рис.5.1. Рисунок 5.1 ? Схема входного каскада Выбирается транзистор VT КТ3102Г со следующими параметрами: Принимается Тогда Напряжение в точке А будет Мощность, выделяемая на резисторах R1 и R2: (5.2) Мощность, выделяемая на резисторе Rэ: (5.4)Сквозной коэффициент усиления по напряжению получился равным Сравнивая полученный сквозной коэффициент усиления по напряжению (6.1) с необходимым (3.1), можно сделать вывод, что в схему надо добавить еще один промежуточный каскад. Однако при применении ООС увеличивает стабильность выходной величины: ООС по напряжению стабилизирует напряжение, ООС по току стабилизирует ток и т.д. В этом случае коэффициент усиления по напряжению усилителя принимает следующий вид: (6.3) где K - коэффициент усиления по напряжению (без обратной связи) участка схемы, охватывающего обратную связь. Сравнивая полученный сквозной коэффициент усиления по напряжению (6.1) с необходимым (3.1), можно сделать вывод, что в схему надо добавить еще один промежуточный каскад.Распределение фазовых сдвигов: Для входного каскада: (7.
План
Содержание
Введение
1. Выбор принципиальной схемы
2. Расчет выходного каскада
3. Расчет предоконечного каскада
4. Расчет входного каскада
5. Уточнение параметров схемы и расчет обратной связи
6. Расчет элементов связи
Литература
Введение
Усилителями называют устройства, в которых сравнительно маломощный входной сигнал управляет передачей значительно большей мощности из источника питания в нагрузку. Наибольшее распространение получили усилители, построенные на полупроводниковых усилительных элементах (биполярных и полевых транзисторах); в последние годы усилители преимущественно используются в виде готовых неделимых компонентов - усилительных ИМС. Простейшая ячейка, позволяющая осуществить усиление, называется усилительным каскадом.
Электрические сигналы, подаваемые на вход усилителей, могут быть чрезвычайно разнообразны; это могут быть непрерывно изменяющиеся величины, в частности гармонические колебания, однополярные и двухполярные импульсы. Как правило, эти сигналы пропорциональны определенным физическим величинам. В установившихся режимах многие физические величины постоянны либо изменяются весьма медленно (напряжение и частота сети, частота вращения двигателя, напор воды на гидроэлектростанции). В переходных и особенно аварийных режимах те же величины могут изменяться в течение малых промежутков времени. Поэтому усилитель должен обладать способностью усиливать как переменные, так и постоянные или медленно изменяющиеся величины. Такие усилители являются наиболее универсальными и распространенными. По традиции их называют усилителями постоянного тока (УПТ), хотя такое название и не вполне точно: УПТ усиливают не только постоянную составляющую (приращение сигнала) и в подавляющем большинстве случаев они являются усилителями напряжения, а не тока. В УПТ нельзя связывать источник и приемник сигнала через трансформаторы и конденсаторы, которые не пропускают постоянной составляющей сигнала. Это условие вызывает некоторые трудности при создании УПТ, но оно же обусловило еще большее распространение УПТ с появлением микроэлектроники: УПТ не содержат элементов, выполнение которых в составе ИМС невозможно (трансформаторы и конденсаторы большой емкости).
Наряду с применением основного типа усилителей - УПТ - в ряде случаев оказывается целесообразным использование усилителей с емкостной связью. Применение емкостной связи между каскадами усилителей в настоящее вышло из употребления, так как конденсаторы с большой емкостью невыполнимы в виде элементов ИМС.
Достоинством усилителей с емкостной связью является отсутствие дрейфа нуля: конденсаторы не пропускают постоянной составляющей, в том числе напряжение дрейфа.
Список литературы
1. Аронов В.А., Баюков А.В. и др. Полуроводниковые приборы: Транзисторы. Справочник. - М.: Энергоиздат, 1982.
2. Гальперин Н.В. Практическая схемотехника в промышленной электронике. - М.: Радио и связь, 1987.
3. Гершунский Б.С. Справочник по расчету электронных схем. - М.: Наука, 1983.
4. Гитцевич А.Б., Зайцев А.А. и др. Полупроводниковые приборы. Диоды выпрямительные, стабилитроны, тиристоры: Справочник. - М.: КУБК-а, 1996.
