2. Практические работы Практическая работа №1 Расчет усилительного каскада на биполярном транзисторе

Цель работы: расчетать усилительного каскада на биполярном транзисторе.

Задания для выполнения:

1. Определить способ включения транзистора и рассчитать координаты точки покоя (напряжение и ток в выходной цепи транзистора до подачи входного сигнала) и их нестабильность в диапазоне температур (20…50) °С.

2. Построить нагрузочные прямые постоянного и переменного тока.

3. Изобразить эквивалентную схему каскада усилителя нижних частот для рабочего диапазона частот (области средних частот). Оценить коэффициент усиления по напряжению, входное и выходное сопротивления.

Характеристики и параметры рассчитываемого транзистора приведены на рисунке 2.1.1.

Рисунок 2.1.1 – Параметры биполярного транзистора

При расчете учесть, что транзистор кремниевый, и принять следующие параметры: коэффициент усиления тока базы β = 100, сопротивление области базы r_Б= 100 Ом, сопротивление коллекторного перехода r_К= 5 МОм.

Варианты заданий

Пример выполнения практической работы №1

На рисунке 2.1.2 приведена схема анализируемого усилительного каскада. Транзистор включен по схеме с общим эмиттером.

Рисунок 2.1.2 – Анализируемый усилительный каскад

Обозначения, принятые на рисунке:

R_фС_ф – фильтр в цепи питания, за счет R_ф действует отрицательная обратная связь по постоянному току, стабилизирующая режим работы VT1;

R_К – сопротивление коллекторной цепи, формирующеея переменную составляющую напряжения на коллекторе VT1;

Rн – сопротивление нагрузки;

R_Б – базовое сопротивление, которое задает режим работы транзистора по постоянному току;

С₁, С₂ – разделительные конденсаторы.

1) Для определения координаты рабочей точки транзистора при U₀ = U_КЭ и I₀ =I_К составим систему уравнений, связывающих токи и напряжения транзистора в рабочей точке:

Определим следующие параметры в рабочей точке учитывая, что β = 100 и U_ЭБ = 0,7 В,

а) ток базы ;

б) ток коллектора в I₀ = β I_Б = 100 ⋅18,3 = 1,83 мА;

в) напряжение между коллектором и эмиттером VT1

Сопротивление выходной цепи постоянному току

.

Нагрузочная прямая постоянного тока проходит через точку Е =15 В на оси абсцисс и точку I_к= Е/R= = 15/6 = 2,5 мА на оси ординат (см. рисунок 2.1.1). Отмечаем на характеристиках транзистора положение рабочей точки А.

Сопротивление выходной цепи переменному току

Через рабочую точку А и точку на оси абсцисс проводим нагрузочную прямую переменного тока.

2) Температурная нестабильность коллекторного тока

,

где – коэффициент температурной нестабильности каскада;

– температурное смещение выходных характеристик транзистора;

– температурное смещение входных характеристик транзистора.

Вывод. Схема неработоспособна в заданном диапазоне температур, так как транзистор с ростом температуры заходит в режим насыщения и перестает усиливать сигналы.

3) При построении эквивалентной схемы для средних частот закорачиваем E, C1, C2, C_ф, а транзистор заменяем эквивалентной схемой (рис. 2.1.3).

Рисунок 2.1.3 – Эквивалентная схема каскада УНЧ

Коэффициент усиления по напряжению

,

где .

Входное сопротивление усилителя

.

Выходное сопротивление каскада

.