Главная страница
qrcode

Усилитель (рис. 1)


Скачать 133.67 Kb.
НазваниеУсилитель (рис. 1)
Дата07.11.2019
Размер133.67 Kb.
Формат файлаdocx
Имя файлаbestreferat-168675.docx
ТипДокументы
#66434
Каталог



Введение
Наиболее важное назначение электронных приборов - усиление электрических сигналов. Устройства, предназначенные для выполнения этой задачи, называются электронными усилителями.

Усилитель (рис. 1) - это электронное устройство, управляющее энергией, поступающей от источника питания к нагрузке. Причем мощность, требующаяся для управления, как правило, намного меньше мощности, отдаваемой в нагрузку, а формы входного (усиливаемого) и выходного (на нагрузке) сигналов совпадают.

ИСТОЧНИК

ПИТАНИЯ

ИСТОЧНИК

УСИЛИВАЕМОГО

СИГНАЛА
УСИЛИТЕЛЬНЫЙ

ЭЛЕМЕНТ
НАГРУЗКА
5C9C6A1

Рис. 1. Схематичное представление работы усилителя
Усилительные устройства широко используются в автоматике и телемеханике, в следящих, управляющих и регулирующих системах, счетно-решающих и вычислительных машинах, контрольно-измерительных приборах, бытовой радиоаппаратуре и т.д.

Важнейшими техническими показателями являются: коэффициент усиления (по напряжению, току и мощности), входное и выходное сопротивления, выходная мощность, диапазон усиливаемых частот, частотные, фазовые и нелинейные искажения.

Большинство источников усиливаемого сигнала развивают очень низкое напряжение. Подавать его непосредственно на каскад усиления мощности не имеет смысла, т.к. при слабом управляющем напряжении невозможно получить сколько-нибудь значительные изменения выходного тока, а, следовательно, и выходной мощности. Поэтому в состав структурной схемы усилителя, кроме выходного каскада, отдающего требуемую мощность полезного сигнала в нагрузку, входят предварительные каскады усиления.

Эти каскады принято классифицировать по характеру сопротивления нагрузки в выходной цепи транзистора. Наибольшее применение получили резистивные усилительные каскады, сопротивлением нагрузки которых служит резистор.

В каскадах предварительного усиления на биполярных транзисторах чаще других используется схема с общим эмиттером (ОЭ), которая обладает высоким коэффициентом усиления по напряжению и мощности, сравнительно большим входным сопротивлением и допускает использование одного общего источника питания для цепей базы и коллектора.

Резистивный каскад на биполярном транзисторе
Простейшая схема резистивного усилительного каскада с общим эмиттером и питанием от одного источника показана на рис. 2. Входной сигнал поступает на базу и изменяет ее потенциал относительно заземленного эмиттера. Это приводит к изменению тока базы, а, следовательно, к изменению тока коллектора и напряжения на нагрузочном сопротивлении R
Рис. 2. Простейшая схема резистивного усилительного каскада с общим эмиттером

Для выяснения роли резистора RUДействительно, рассматривая вначале рис. 3, а, а затем рис. 3, б, можно убедиться в том, что напряжение входного сигнала с амплитудой (U
Это означает, что рассматриваемый каскад, не нарушая закон изменения сигнала (в нашем частном случае сигнал изменяется по синусоидальному закону), в то же время поворачивает его фазу на 180°.

Рис. 3. Графическое пояснение процесса усиления сигнала схемой с общим эмиттером

Для получения наименьших искажений усиливаемого сигнала рабочую точку (точку покоя) П следует располагать в середине отрезка АВ нагрузочной прямой, построенной в семействе выходных характеристик транзистора (режим усиления класса А). Из рис. 3, б видно, что положение рабочей точки П соответствует току смещения в цепи базы I
Схема, приведенная на рис. 2, получила название схемы с фиксированным базовым током. Смещение фиксированным током базы отличается минимальным числом деталей и малым потреблением тока от источника питания. Кроме того, сравнительно большое сопротивление резистора R
Более эффективной является схема с фиксированным напряжением смещения на базе (рис. 4). В этой схеме резисторы R'
При этом повышается стабильность режима работы схемы, так как изменения тока в цепях эмиттера и коллектора транзистора незначительно влияют на величину напряжения смещения.

Рис. 4. Схема резистивного каскада с фиксированным напряжением смещения
Сопротивление R"
При построении схем транзисторных усилителей приходится принимать меры для стабилизации положения рабочей точки на характеристиках. Основной дестабилизирующий фактор, нарушающий устойчивую работу транзисторной схемы, - влияние температуры. Существуют различные способы термостабилизации режима работы транзисторных каскадов.

Наибольшее распространение получила схема термостабилизации режима, приведенная на рис. 5. В этой схеме навстречу фиксированному прямому напряжению смещения, снимаемому с резистора R"
Наоборот, если по какой либо причине коллекторный ток уменьшится, то уменьшится и напряжение на резисторе R
Рис. 5. Схема резистивного каскада с фиксированным напряжением смещения
В большинстве случаев резистор RИсходные данные для проектирования усилителя

Полоса рабочих частот


где f
f
    Коэффициент частотных искажений на нижней и верхней частотах полосы пропускания, М
  1. Максимальное действующее значение напряжения выходного сигнала на нагрузке, U
  2. Сопротивление нагрузки R
  3. Выходное (внутренние) сопротивление генератора (источника e
  4. Рабочий температурный диапазон, t 0 C.
  5. Коэффициент сглаживания фильтра, q.
  6. Тип проводимости биполярного транзистора (p-n-p или n-p-n).

    Требования

    Выбрать транзистор и обосновать выбор.
  7. Определить значение напряжения и полярность источника питания E
  8. Рассчитать:
    - сопротивления и мощности резисторов R
    - емкости конденсаторов C
    4. Определить параметры усилителя:

    - коэффициент усиления по току К
    - коэффициент усиления по напряжению К
    - коэффициент усиления по мощности К
    - входное сопротивление каскада R
    - выходное сопротивление каскада R
    5. Определить коэффициент нелинейных искажений усилителя (рассчитать К
    6. Оформить принципиальную электрическую схему усилителя (ЭЗ) и перечень элементов к ней (ПЭЗ) в соответствие с ЕСКД.
    Порядок расчета

    Рис. 6. Схема резистивного каскада усилителя
    Для выданного варианта задания рассчитать резистивный каскад усилителя (рис. 6) на биполярном транзисторе с заданным типом проводимости (p-n-p или n-p-n), включенным по схеме с общим эмиттером, имеющим эмиттерную стабилизацию точки покоя, работающем в режиме усиления класса А и имеющем сглаживающий фильтр по цепи питания элементов смещения (задания) рабочей точки.
    Исходные данные приведены в таблице 1.

    Тип транзистора
    p-n-p




    Нагрузка 
    250
    [Ом]
    RСопротивление генератора
    120
    [Ом]
    RНижняя частота усиления 
    40
    [Гц]
    fВерхняя частота усиления 
    8200
    [Гц]
    fМинимальная температура окружающей среды 
    -5
    [ С]
    tМаксимальная температура окружающей среды 
    +50
    [ С]
    tВыходной сигнал 
    8
    [В]
    UКоэффициент сглаживания фильтра
    7


    q
    Коэффициент частотных искажений
    3
    [дБ]
    МКоэффициент частотных искажений
    4
    [дБ]
    М

    1.Расчет усилительного каскада

    1. Амплитудное значение UUR
    3. Определяется сопротивление нагрузки RRI5. Для обеспечения выполнения требований I.1 и I.4 при работе усилителя в классе А, необходимо выполнение следующих условий:
    UIPU максимальные значения напряжения, тока и мощности, которые должен обеспечивать транзистор VT.

    6. Выбор транзистора VT должен производиться с учетом коэффициента нагрузки (70%) по названным выше параметрам, поэтому транзистор VT выбирается по следующим критериям:

    U
    I
    PНа основании полученных данных выбираем транзистор для максимальной температуры из указанного диапазона. Транзистор КТ820А наиболее подходит, по характеристикам полученных данных.
    U
    I
    P
    hПроведем проверку выполнения условия:
    M0,05*4 =1,585

    где
    7. На выходных характеристиках II
    U8. Выбор точки П покоя (при работе усилителя в режиме класса А) производиться в середине отрезка АВ. Перпендикуляры, опущенные на оси U
    9. На входных
    ВАХ - Iпри этом следует учесть рекомендацию:

    R11. Из анализа схемы усилителя, можно получить соотношения для расчета сопротивлений резисторов R

    где:
    U
    I
    U
    I
    Irr∆U
    При определении r
    Для проверки правильности расчетов вычисляют значение эквивалентного сопротивления RНеобходимо, чтобы выполнялось условие:
    R
    R12. Емкость конденсатора С13. Входное сопротивление усилительного каскада определяется:
    14. Ёмкости конденсаторов С

    15. Ёмкость конденсатора СXМожно принять, что Xгде f=50Гц, но это без учета коэффициента сглаживания q.
    16. Расчет С
    а). Определяем нагрузку фильтра:
    б). Определяем коэффициент Kв). Значение емкости С
    17. Коэффициент усиления по напряжению будет:

    где Ro
    18. Коэффициент усиления по току будет:
    19. Коэффициент усиления по мощности:
    К20. Выходное сопротивление:
    R2. Определение коэффициента нелинейных искажений усилителя (КНИ)
    1. КНИ оценивается по коэффициенту гармоник (К
    Если известно внутреннее сопротивление генератора (источника) усиливаемых сигналов (что является в нашем случае заданным, сопротивление R
    2. Для построения сквозной динамической характеристики используют нагрузочную прямую переменного тока (на выходных статических характеристиках) и входную характеристику транзистора.

    На отрезке АВ нагрузочной прямой определяют граничные точки 1 и 5, которые находятся на проекции амплитудных значений тока коллектора I
    Для каждой точки (1ч5) находят значения тока коллектора (i
    Затем, для каждой из этих точек вычисляют э.д.с. источника (генератора) усиливаемых сигналов по формуле:
    e
    (Uи результаты вычислений сводят в таблицу, чтобы получить координаты точек (1"ч7") для построения сквозной динамической характеристики.
    № точки
    iIUe1"
    iiUe2"
    iiUe3"(П)
    iiUe4"
    iiUe5"
    iiUe

    e-3=1,15 (В)

    e-3=1,06 (В)

    e-3=0.892 (В)

    e-3=0.73 (В)

    e-3=0.484 (В)
    3. По данным таблицы строится сквозная динамическая характеристика:
    iКак правило, полученная характеристика имеет слегка выраженный S-образный характер.

    4. При расчете коэффициента гармоник (К
    5. При реализации этого метода с помощью сквозной динамической характеристики определяют некоторые значения тока коллектора (I
    На сквозной динамической характеристике отмечаем две точки, соответствующие max и min (i
    Затем этот отрезок делим на четыре равные части (аб=бв=вг=гд) и находим по графику значения токов I
    6. По методу Клина коэффициент гармоник однотактного каскада, работающего в режиме А, определяется по формуле:
    где I
    7. Гармоники выходного сигнала, в свою очередь, рассчитываются по следующим формулам:


    8. Среднее значение тока может быть определено:
    9. Правильность вычислений найденных токов можно проверить по формуле:
    I
    I
    I10. Коэффициент гармоник КК


перейти в каталог файлов


связь с админом