4.Розрахунок підсилювача низької частоти за постійним струмом

1. Нижча робоча частота сигналу, f_н =50 (Гц);

2. Вища робоча частота сигналу, f_в = 100 000(Гц);

3. коефіцієнти викривлення сигналу по частоті від

нижчої f_н до вищої частоти f_в, М_н = М_в =1,04;

4. Опір навантаження R_н = 150 (Ом);

5. Вихідна напруга на навантаженні U_mвих = 0,4(В) ;

6. Внутрішній опір джерела сигналу R_г = 50(Ом);

7. Коефіцієнт нестабільності робочої точки транзистора S(І_ко) = 3

8. Тип транзистора КТ 315 А

Для виконання технічного завдання виберемо схему підсилювача низької частоти з емітерною стабілізацією робочої точки транзистору (рис. 4.1). В схемі необхідно знайти величини опорів R₁, R₂, R₃ (R_к), R₄ (R_e), конденсаторів С₁, С₂, С₃, вибрати тип транзистору. Дана схема відповідає поставленим вимогам в технічнім завданні на розрахунок підсилювача низької частоти.

Рис. 4.1. Резистивний підсилювач низької частоти з переходом транзистора n-p-n

1. Задаємо значення напруги джерела живлення підсилювача Е_к за виразом:

(4.1)

де Ù_{ке макс. доп.} – максимально допустима напруга між колектором та емітером вибраного транзистора

Е_к = (4.2)

2. Розраховуємо величину опору резистора в колі колектора – R_к за виразом:

(4.3)

Коефіцієнт при R_н вибираємо довільно в межах від 3 до 5, тепер:

По шкалі числових коефіцієнтів стандартизованих рядів, вибираємо номінальний опір Rк : Rк = 470 Ом ± 5 %

3. Визначаємо величину напруги спокою в колі емітера U_ес за виразом:

(4.4)

U_ес =

4. В сімействі вихідних характеристик вибраного транзистора (на координатному листі) будуємо лінію навантаження підсилювача за постійним струмом.

Визначаємо середній струм колектора при короткому замиканні

(4.10)

5. Щоб уникнути викривлення вихідного сигналу при підсиленні, даний підсилювач повинен працювати в режимі класу А – це такий режим роботи транзистора, при якому струм в вихідному колі (в колі колектора та R_н) тече на протязі всього періоду вхідного сигналу і крайні положення робочої точки

(це І_к-min, І_к-max) не виходять за межі лінійної частини вхідної характеристики вибраного транзистора

Таким чином, при подачі напруги на підсилювач від джерела енергії Е_к, через транзистор буде текти струм колектору – І_кс, бази – І_бс, між колектором та емітером встановиться спад напруги – U_кес.

І_кс = 9,5мА; І_бс =0,08мА; U_кес =5В. (4.11)

Це і буде режим роботи вибраного транзистору за постійним струмом. Називається такий режим – режимом спокою. Транзистор і підсилювач підготовлені для підсилення сигналу змінної частоти.

6. Щоб уникнути можливих викривлень сигналу, що підсилюється, параметри режиму спокою повинні задовольняти таким умовам:

U_кес > U_m-вих + ΔU_кео ( 4.12 )

10 В > 0,4 В + 1,5 В

І_кс > І_кm + І_{ко(е)макс} ( 4.13 )

9,5 мА > 5,3 мА + 0.01 мА

І_кm ─ максимальний вихідний струм колектору (змінної частоти), що тече через опір навантаження R_н . Знаходиться І_кm за виразом:

( 4.14 )

( 4.15 )

R_~ ─ опір навантаження для змінного струму; по змінній частоті опори R_к

та R_н з’єднані паралельно ( див. рис. 4.1).

Визначивши ΔU_кео, І_{ко(е)макс}, І_кm, R_~, необхідно перевірити режим транзистора на допустимі параметри за струмом, напругою, потужністю:

, (4.16)

>

, (4.17)

<

. (4.18)

< 150 мВт

7. По вхідних (базових) характеристиках вибраного транзистора знаходимо значення напруги база-емітер спокою ─ U_бес.

U_бес = 0,21 В. (4.16)

8. Опір резистору в колі емітера R_е знайдемо з виразу:

. (4.19)

По шкалі числових коефіцієнтів стандартизованих рядів, вибираємо номінальний опір R_е: R_е = 110 Ом ± 5%.

9. Розраховуємо величину опору бази R_б:

(4.20)

де – коефіцієнт передачі за струмом, який знаходиться для більшості транзисторів в межах від 0,9 до 0,99,

10. Опір дільника напруги вибирають більшим, ніж розрахункове значення (на 20...30 %).

= (1,2 ÷ 1,3)· (4.21)

По шкалі числових коефіцієнтів стандартизованих рядів, вибираємо номінальний опір R₂: R₂ = 330 Ом ± 5%.

Знаходимо струм, що тече через резистор R₂. Так як на R₂ спад напруги (принципова схема, рис. 4.1) буде: U_R2 = U_ес + U_бес, то згідно закону Ома маємо:

(4.22)

мА

11. Так як через резистор R₁ тече струм І₂ і струм бази І_бс, тобто, І₁= І₂ + І_бс то опір резистору R₁ обчислюємо за виразом:

(4.23)

По шкалі числових коефіцієнтів стандартизованих рядів, вибираємо номінальний опір R₁: R₁ = 3900 Ом ± 5%.

12. Через резистори R_к, R_е, R₁, R₂ течуть відповідні струми

І_кс , І_ес = І_кс, І₁, І₂. Необхідно розрахувати значення потужності, що розсіюється на цих резисторах, за формулою:

(4.24)

=

=

=

Відповідно до розрахованої потужності вибрати тип резисторів за матеріалом виготовлення, геометричними розмірами, потужністю розсіювання. Згідно стандартів [1],вибрані резистори повинні мати на 20 – 30 % більшу потужність розсіювання, ніж визначені за формулою (4,20; 4,22).

Висновок. На даному етапі закінчується розрахунок підсилювача НЧ за постійним струмом:

- проведено вибір транзистору для схеми ППНЧ з емітерною стабілізацією режиму роботи, розрахована величина е.р.с. джерела живлення схеми Е_к;

- лінія навантаження за постійним струмом: – геометричне місце точок координати U_ке та І_к, що відповідає можливим значенням точки (режиму) спокою каскаду;

- розраховані величини резисторів схеми, перевірена правильність вибору режиму роботи транзистора на допустимі значення струму, напруги та потужності, що розсіюється на елементах схеми. Правильний вибір режиму транзистора за постійним струмом дає можливість значно зменшити або уникнути викривлення сигналу, що буде підсилюватися.