37

Содержание Введение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5

1 Описание электрической схемы усилителя. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6

2 Исходные данные для расчета усилителя. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

3 Расчет усилителя по постоянному току. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

4 Расчет усилителя по переменному току. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

5 Построение частотных характеристик усилителя. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

6 Оценка искажений усилителя. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30

Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31

Список используемых источников . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .32

Приложение А. Перечень элементов

У

ВВЕДЕНИЕ

Целью курсового проек та по дисциплине "Общая электротех­ника и электроника" является приобретение самостоятельных навыков расчета современных усилителей на биполярных и полевых транзисторах.

Важной задачей при проектировании радиоэлектронных средств является усиление электрических сигналов по току, напряжению или мощности до требуемой величины и, следовательно, разработка теории усилителей и методика их расчета.

При расчете усилителей первоочередной задачей является проведение сравнительного анализа схемотехники усилителей аналогичного назначения. Кроме того, необходимо учитывать новейшие достижения усилительной тех­ники и современной элементной базы.

1 Описание электрической схемы усилителя

Схема усилительного каскада на биполярном транзисторе с ОЭ приведена на рисунке 1.

Усилительный каскад выполнен на биполярном транзисторе n-p-n-типа. На вход усилителя подключен источник входного сигнала E_c, который имеет внутреннее сопротивление R_i. Конденсаторы C_p1 и C_p2 предназначены для разделения режима работы усилителя по постоянному току, не пропускают постоянную составляющую переменного сигнала. Резисторы R_б1 и R_б2 составляют делитель напряжения на входе транзистора, формируют напряжение смещения, которое определяет положение рабочей точки транзистора на нагрузочной прямой на выходных характеристиках транзистора. Резистор R_к является нагрузочным в цепи коллектора по постоянному току, определяет выходное сопротивление усилительного каскада и коэффициент усиления по напряжению K_U. С увеличением значения R_к (до определённого ограничения) коэффициент K_U возрастает.

Рисунок 1 - Схема усилительного каскада с ОЭ

Для термостабилизации рабочей точки транзистора применяется последовательная отрицательная обратная связь по току, которая формируется через резистор R_э. Конденсатор C_э является шунтирующим, служит для увеличения коэффициента усиления каскада по переменной составляющей, а также для формирования частотной характеристики усилителя.

Усилительный каскад на рисунке 1 имеет параллельную структуру, является фазоинверсным, так как фаза выходного напряжения изменяется на угол π по отношению к входному напряжению. Усилитель с ОЭ усиливает входной сигнал по току, напряжению и мощности. Входное сопротивление каскада определяется сопротивлениями R_б1, R_б2 и входным сопротивлением транзистора h₁₁. Выходное сопротивление каскада зависит от сопротивления коллектора

R_вых ≈ R_к ≈ 1/h₂₂.

Коэффициент усиления по напряжению определяется зависимостью выходного напряжения от входного

K_U=U_вых/ U_вх.

Ток коллектора рассчитывается на основе тока базы I_б и коэффициента передачи тока базы β

I_к= β I_б.

Частотные свойства усилителя зависят от частотных характеристик базового транзистора, выходного сопротивления источника сигнала и нагрузки.

Нелинейные искажения усилительного каскада определяются внутренним сопротивлением генератора на входе, сопротивлением нагрузки и уровнем амплитуды выходного сигнала.

Усилительные каскады на биполярных транзисторах находят наибольшее применение в предварительных усилительных каскадах, так как усиливают ток и напряжение, а следовательно, обеспечивается усиление сигнала по мощности.