Работа 4.

Расчёт параметров и моделирование работы усилительных каскадов на биполярных транзисторах

Оглавление

Введение 3

4.1 Общие сведения и рекомендации для расчёта параметров и моделирования работы двухкаскадного усилителя на биполярных транзисторах 4

4.2 Усилительный каскад по схеме с общим эмиттером 5

4.3 Использование резистора для задания тока базы. 7

4.4 Усилитель переменного напряжения 8

4.5 Задание рабочей точки путём формирования значения напряжения база-эмиттер Ube. 10

4.6 Использование резистора в цепи эмиттера 11

4.7 Определение нелинейных искажений графоаналитическим способом 12

4.8 Коэффициент усиления при наличии резистора в цепи эмиттера 13

4.9 Фазорасщепительный каскад 14

4.10 Переход к схеме с общим коллектором (эмиттерному повторителю) 15

4.11 Каскад с ОК – эмиттерный повторитель 16

4.12 Эмиттерный повторитель как генератор тока 18

4.13 Каскад усиления с общей базой (ОБ) 19

4. Расчёт параметров и моделирование работы усилительных каскадов на биполярных транзисторах Введение

Цель работы: изучить возможности динамического анализа по постоянному току на примере расчёта параметров и моделирования работы усилительных каскадов на биполярных транзисторах по схемам с общим эмиттером (ОЭ), коллектором (ОК) и общей базой (ОБ).

Работа проводиться с помощью программы Micro-CAP 12.

Порядок выполнения работы:

1) Познакомиться с общими сведениями и рекомендациями для расчёта параметров и моделирования работы двухкаскадного усилителя на биполярных транзисторах (п.п.4.1)

2) Запустить программу Micro-Cap 12 и, выполняя рекомендации из п.п. 4.2 – п.п. 4.5, произвести расчет и моделирование усилительного каскада по схеме с общим эмиттером.

3) По п.п. 4.6 – 4.9 собрать и провести моделирование принципиальных схем на основе усилительного каскада по схеме с ОЭ.

4) По п.п. 4.10 – 4.13 собрать и провести моделирование принципиальных схем по схемам с ОК и ОБ.

5) Подготовить отчет о выполненной работе.

Содержание отчета: цель работы, изучаемые в работе принципиальные схемы рассчитываемых каскадов усиления на БПТ в режиме моделирования по постоянному току (с отображением напряжения в узлах и тока в ветвях) (DC), результаты их анализа (графики), результаты расчёта параметров каскадов усиления на БПТ (напряжения в узлах и токи в ветвях) и значений отдельных элементов (сопротивление резисторов), а также выводы (в данной работе они должны содержать информацию отдельно для каскадов по схемам с ОЭ, ОК и ОБ, и в общем, по результатам их сравнения).

1. Общие сведения и рекомендации для расчёта параметров и моделирования работы двухкаскадного усилителя на биполярных транзисторах

Основой для построения многокаскадных схем являются отдельные одиночные каскады усиления. Рассмотрим одиночный каскад усиления на биполярном транзисторе (БПТ) по схеме с общим эмиттером (ОЭ) (рис. 4.1). В нём, как и в любом, электронном усилителе всегда можно выделить 5 основных элементов: источник питания, управляемое сопротивление, постоянное сопротивление, источник входного сигнала, узел выходного сигнала. В приведенной схеме перечисленным пяти элементам соответствуют: источнику питания – V1, управляемому сопротивлению (R_var) – сопротивление коллектор-эмиттер транзистора Q1, постоянному сопротивлению (R_const) – коллекторный резистор R1, источнику входного сигнала – генератор тока I1, узлу выходного сигнала – вывод U_вых.

Рисунок 4.1. Усилительный каскад, задание рабочей точки

При проектировании усилительных каскадов вначале всегда производится расчёт, именно, по постоянному току (direct current), являющийся основой для дальнейших расчетов.

Следует обратить внимание на отсутствие в схеме при начале расчета следующих элементов: генератора входного воздействия (напряжения), разделительных конденсаторов, сопротивления нагрузки и прочих сопротивлений, кроме постоянного сопротивления в цепи коллектора R1 (R_const).

Начальным параметром для расчета усилительного каскада является параметр «рабочая точка» – это параметр, состоящий из двух величин – напряжения коллектор-эмиттер U_КЭ и тока коллектора I_К (точка на плоскости в координатах I_К, U_КЭ).

Относительно этого параметра происходит изменение выходного сигнала (напряжения или тока) под воздействием входного (напряжения или тока).

Выбор рабочей точки усилительного каскада – это задание значения напряжения U_КЭ. Если оно будет равно половине напряжения питания U_пит, то это обеспечит получение максимального размаха выходного напряжения U_вых.

Коллекторный ток маломощного усилительного каскада обычно задаётся разработчиком в диапазоне от 0,1 до 10 мА. Это значение также можно определить из характеристик самого транзистора, выбранного для усилительного каскада.