Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги из ГПНТБ / Воронков Э.Н. Основы проектирования усилительных и импульсных схем на транзисторах учеб. пособие [для сред. спец. учеб. заведений]

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

25.10.2023

Размер:

14.49 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 78 / 328 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

делительной емкости Си то получим аналогичную формулу (как и для С2) :

К Iн

(4.37)

где

Твх= С\ (^?г+ RBX) ■

Если задаться коэффициентом частотных искажений во вход ной цепи Мп,в*, то tax определяется по формуле (4.37), только вместо Твх в нее входит тэ, которое находим из выражения

t» = C , ( я , II	.	(<-38)
Суммарный коэффициент частотных	искажений, обусловлен
ный влиянием всех трех емкостей,
= Л4н,вх'-Л^п.вых'-Л^н.э-		(4.39)

Если задан суммарный коэффициент частотных искажений, то, исходя из него, можно задать коэффициенты частотных иска жений Ми.вх. Мн.вых, Мп.э, затем по формуле (4.35) определить постоянную времени для каждой из цепей и рассчитать соответ ствующие значения емкостей.

Для удобства анализа частотной характеристики каскада можно ввести эквивалентную постоянную времени

(4.40)

У мі — 1

Если постоянная времени одной из цепей много меньше двух остальных, то именно она определяет частотную характеристику каскада (ее можно считать равной эквивалентной постоянной времени).

Если же постоянные времени сравнимы, то для оценки T8KB можно воспользоваться формулой

1	1	, 1	(4.41)
			(4.41)
Т 'Э К В	Т 'В Х	Т-ВЫХ

Для характеристики области высоких частот, как и для низких, вводят верхнюю граничную частоту усиления /в. Уменьшение уси ления в области высоких частот определяется главным образом частотными свойствами самого транзистора: зависимостью от частоты его коэффициента усиления, коллекторной емкости Ск, сопротивлением rg. Для оценки искажений в области высоких частот можно воспользоваться следующими приближенными формулами:

для каскада с ОЭ
м . = у	(4.42)
для каскада с ОБ
м а= ]/!-)- пі1 4 ^ ,	(4.43)
где ZH— комплексное сопротивление нагрузки;	низких частотах;
Rn — значение сопротивления нагрузки на	низких частотах;

f a

Из формул (4.42) и (4.43) можно получить выражение для оценки верхней граничной частоты усилительного каскада:

для схемы с ОЭ

(4.44)

для схемы с ОБ

(4.45)

Пример расчета

Рассчитаем транзисторный каскад с емкостной связью, обеспечивающий

внагрузочном сопротивлении 100 Ом ток с максимальной амплитудой 10 мА.

Вкачестве источника сигнала служит предыдущий каскад с выходным сопро тивлением Rr=\ кОм. Напряжение питания каскада Ек= 9 В.

Коэффициент усиления желательно иметь наибольшим. Каскад должен нормально работать при установке в него любого транзистора выбранного типа в диапазоне температур от —40 до +40° С и воспроизводить полосу ча

стот от /н = 100 до /п=5000 Гц (коэффициент частотных искажений		на	этих
частотах должен быть Мв^ 1 ,4 ).			(см.
Применим схему	стабилизации с помощью эмиттерного резистора
рис. 4.5). Поскольку	мощность, выделяемая в нагрузке, невелика, а	именно:

1Q2.1Q-6. 1Q2

Р к	2	Вт =	5- Ю-з Вт = 5 мВт,
	2	2
в качестве транзистора		выберем МП38А, у	которого допустимая	мощность
рассеяния 150 мВт.				ßMHB=50;
Параметры транзистора этого типа следующие: /к.какс=20 мА,				ßMHB=50;

Рмакс“ 100, Нк.э.макс= 15 В, fa—2 МГц, / ко=10 мкА; Ск= 5 пФ и тепловое сопротивление RT= 0,2 град/мВт. По граничной частоте транзистор МП 38А подходит, так как

fa=2 М Гц>/пр= 0,5 МГц.

Прежде всего определим значение резистора в цепи коллектора. Для этого необходимо задаться коэффициентом токораспределения в коллекторной цепи

* Н	Як
ѴВЬ,Х~ I к “	к + н •

Д л я

получения б ол ьш его

усиления

к а с к а д а ж е л а т е л ь н о ,

чтобы

коэф ф и

циент упых был вы ш е,

т о гд а б о л ь ш а я

ч асть

то к а си гн ала

б у д е т

п р от ек ать

через со пр отивление нагрузки .

Коэф ф ициент

то к ор асп р ед еле н и я в о зь м е м

р а в

ным

0,9;

увеличение

с в е р х

это го п р ед ела

не

п р и вод и т

к в о зр а ст а н и ю

у си л е

ния,

п о ск о л ь к у ве сь т о к

к о л л ек то р а

при

т а к о м

уп ы х

п р от ек ает

через

со пр о

тивление

нагрузки .

Ru и

Т еп ер ь определим сопр оти влен и е

проверим,

м о ж н о

ли

обеспечить

н е и ск а ж ен н о е восп р ои зведен и е

си гн ал а

при

з а д а н н ы х

у сл о в и я х .

Е сл и

о к а

ж е т с я ,

что падение

н ап р яж ен и я иа

R»

сл и ш к ом велико, т о

п ри дется

снизить

его

значение, при

это м

со от в е т ст в е н н о

ум еньш и тся

у„ ых,

сл е д о ва т е л ь н о ,

и усиление к а с к а д а

— ^ь!.х—

° ’-9

■ ЮО =

9 0 0

Ом.

1-Ѵвых

1 -0 .9

При

токе к о л л ек тор а

/к =

10 = 11 мА

н ач ал ьн ое

падение

напря-

R a б у д е т

"У

0 , 9

ж е н и я

на

/вД н = П

м А ■9 00

О м = 9 , 9 В , а

н ап р яж ен и е питания

всего

9,8 В , т. е. тр ан зи стор

б у д е т н а х о д и т ь ся

в насыщ ении .

П о э т о м у сопр оти влен и е

цепи

к о л л е к т о р а

н ео б х од и м о

у м ен ьш и ть

так ,

чтобы

об е сп е ч и в а л о сь

у сл о ви е

н еи скаж ен н о го

усиления

сигнала

Д к —

Uт~\~IН тп Л к~ Ь 7 зЛ э"Ь Д Д к -1"Дк.М1Ш,

где

и т —

м а к си м а л ь н а я

а м п л и т у д а

си гн а л а ;

Д и .мин — величина

н ап р яж ен и я,

н ео бх од и м ого

д л я

исключения

влияни я

о б л асти нелинейности

к о л л ек то р н ы х

х а р а к т е р и

сти к;

д а н н о м

сл у ч а е

в о зь м е м

Л Д К= 1

В ;

Д£/к — ( Л к + Л э ) Д 7 ц —

приращ ение кол л ек тор н ого н ап р яж ен и я

з а

счет

изм ене

ния тем п ер ат ур ы и

п а р а м е т р о в

т р а н зи сто р а ;

Д/и —

м а к си м а л ь н о е

изм енение то к а

к о л л ек тор а в

дайной

сх е м е

з а

счет

изменения

тем п ер ат ур ы

и п а р а м е т р о в

т р а н зи

сто р а , о п р е д е л яе т ся

по

ф орм уле

(4. 17).

О бы чно паден ие

н ап р яж ен и я на

тр ан зи сто р е

при

от су тстви и

си гн ал а с о

с т а в л я е т

0 ,3 — 0,5 Е и.

В о з ь м е м

коэффициент

то к ор асп р ед елен и я

В ы х

= 0,8.

Т о г д а

Ѵвь'х

0,8

Лк =

■■ л „

ЮО =

4 0 0 Ом.

*----- ” ,0

---- Ѵ

вых

В ы б и р а е м Д к = 3 9 0 О м , т о гд а т о к к о л л ек то р а

Л.,

ЮмА

= 12,5

мА.

Ѵвых

0, 8

П а д е н и е н а п р я ж е н и я

н а

сопр отивлении

RK б у д е т

I„R„ = 12,5 • ІО- 3 3 9 0 =s

£Ü 4,9 В

впо лн е д оп у сти м о .

В о з ь м е м резистор в

цепи э м и тт ер а

р а вн ы м

7?э = 0 , 2 5 •/?к =

100

О м .

Н а и б о л ь ш е е

д о п у ст и м о е

изменение

т о к а к о л л е к т о р а в

за д а н н о м

д и а п а

зо н е тем п ер атур

Мк

Е к— Uт — Ук щЛк —

7э/?э — АU\

(Лк + Лэ)

9 ,8 — 1 — 12,5-Ю-3.390— 12,5.10-3-100— 1

3,410-ЗА = 3,4

мА.

(390 +

100)

О пределим ,

к а к о м у

коэф ф ициенту

н естаби льн ости

б у д ет

с о о т в е т с т в о в а т ь

т а к о е изм енение

то к а . Д л я

это го

р ассч и тае м

А/„

при

р азли ч н ы х

зн ачен и ях

к оэф ф и ц и ен та н естаби льн ости

по ф орм уле

( 4 . 1 7 ) .

В о з ь м е м

S = 8 ;

При расчете следует учитывать, что максимальная температура транзи стора за счет рассеивающейся в нем мощности будет выше наибольшей тем пературы окружающей среды и составит

Т'макс — ^окр.макс	-^к.макс^к-^т — ^окр.макс +
+ Лі.макс (Я к	Лс.максЯк ^э.максЯэ) 7\х.
Считаем Іо. макс — ^к.мл к с " Ь	’А/к = 12,5+3,5 = 16 мА.

Тогда Гыакс = 40+16- 10-3(9,8— 16І0~3 - 390— 16 • 10~3 • 100)-0,2 • 10-3 ^50° С.

Соответственно

максимальное изменение тока

/ ко

составит 0,08

мА (счи

таем, что

он

удваивается

при увеличении температуры на

10°С).

S=8;

R6 =

(S — 1) Яэ =

(8 — 1) 100 =

700 Ом;

7к

12,5

мА;

/а =

= 0,25

Рмин

Д/к =

Д7Ко +

е Д Г

+ (7б + 7ко) Aß

1 =

7?э +

„

п „

„

2-10-3.90

(0 ,2 5 -1 0 -3 + 0,08-10-3) 0,5

0,08-Ю-з +

------— -------+

800

3,8-10—3А ~ 400 Ом;

5 =

/?б = (5 — 1)-100 = 400 Ом;

Д/кгк =

2-10-3-90

(0,25-Ю -з+

0,08 -10-3).0,5

5^0,С| 0,08-Ю -з

--------— ------+

500

ÄS 3,1-10—за = 3,1 мА.

/?б = (4 — 1) 100 = 300 Ом;

5 = 4

Д/к =

0,08-Ю -з

2-10-3-90

(0,25-10-3 +

0,08-10-3).0,5

_|_------- — ------+

~ 2,8-10—ЗА = 2,8 мА.

Как видно из расчета, предельное изменение коллекторного тока будет соответствовать допустимому при коэффициенте нестабильности каскада 5 = 5 .

Определим величину сопротивлений Ri и R2, использовав формулы (4.21)

и (4.22):
	9-400	~ 2,9-103Ом = 2,9 кОм;
/эЯэ	12,5-10-3	~ 2,9-103Ом = 2,9 кОм;
/эЯэ	12,5-10-3	-100
Я2 =	0,4-3,6-106
		= 470 Ом.
	Ri — RQ (3,6 — 0,5)103

Рассчитаем основные параметры каскада по переменному току. Поскольку Для заданного режима в справочнике параметры транзистора отсутствуют, ■найдем их из статических характеристик, воспользовавшись, например, графи ками, приведенными на рис. 3. 5.

Из входных и выходных характеристик транзистора для рабочей точки /„=12,5 мА UH.D= 3 В находим Яш .т~200 Ом и Явых.т — 50 кОм.

Рассчитаем средний коэффициент усиления каскада по напряжению К (при ß= 75), воспользовавшись формулой (4.25),

Ки-

R '

„„ 80

Я„х.т

“

75 200 ~ 30,

где Я '„ =

АкРн

390-100

= 80

Ом—сопротивление нагрузки

транзи-

Rк + RH

490

стора по переменному току.

формуле

(4. 28) :

Рассчитаем коэффициент усиления каскада по току Кі п о

Кі= - f - =ßYBxYBux = 75 - 0,7 - 0,8 = 42,

где Увх = •

Яб

400

— 0,7—коэффициент токораспределения во

Яб +

Явх

400 + 200

входной цепи каскада.

Коэффициент усиления каскада по мощности

К Р = К і К и = 3 0 • 42= 1260.

Входное сопротивление каскада

ЯВХ --

Яб’Явх.т

400-200

7?б +

Я„х.т

400 +

= 130 Ом.

200

Выходное сопротивление каскада

ЯВыХ =

RBUZ,r || R„'

RH' = 800 Ом.

при

Определим

значения

эмиттерной

разделительных

емкостей

■

Мц—Мц.вгАін.выхАГп.э= 1 »4,

где

считаем

Л4ц.вх—Л4п.бых= Л4н.в= у Л4„—1,12.

Определим

по формуле

(4.35) постоянные времени

для

каждой

цепи:

Тимх —■Тэ

: Тпх —

3-10-3 с.

«н/А /н2— 1

2л -100/(1,12)2— 1

По формулам (4.36), (4.37) и (4.38) определим

твх

3-10-3

: 2,610—бф =

2,6

мкФ.

С, =

Явх

(1000 + 130)

Яг +

Округлим

полученную

величину до

ближайшего наибольшего стандарт

ного значения Сі=3,0 мкФ.

Рассчитаем

С2 и С3

С2 =

3-10-3

6-10—5Ф =

60 мкФ.

100 +

RH + Як

390

Сэ =

тэ

3 -1 0 -3 (1 0 0 + 1 5 )

мкФ,

Яг +

ВХ

100-15

= 0,23-10-3 = 230

Я!

где

Р + 1

Яг 4- Явх

1000 +

130

ß + 1

= 15 Ом.

Округлим полученную величину С3 до ближайшего наибольшего стандарт

ного значения С3=250 мкФ.		рассчитанного нами
Проверим значение верхней граничной частоты для		рассчитанного нами
каскада. Учитывая, что нагрузка каскаде активная		по	формуле
(4. 44)	получим
/,в	2
/,в	— 1 / в (1 — а ) = ( 1 , 4 — 1 ) 2 0 0 0 ( 1 —	0 ,9 9 ) к Г ц =	8 к Г ц ,

Г л а в а V

УСИЛИТЕЛИ С ТРАНСФОРМАТОРНОЙ

связью

§ 5.1. РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ УСИЛИТЕЛЬНОГО КАСКАДА С ТРАНСФОРМАТОРНОЙ СВЯЗЬЮ

Трансформаторная связь в транзисторных усилителях позволяет эффективно согласовать усилительные каскады, при этом исклю чаются непроизводительные затраты мощности и повышается коэффициент усиления по току и по мощности. Особенно выгодно применять трансформаторную связь в усилителях мощности, где она в большинстве случаев используется для согласования выходного сопротивления транзистора с низкоомной нагрузкой. С помощью трансформаторов легко осуществляется инверсия фазы, что особенно важно в двухтактных усилителях мощности.

Рис. 5. 1. Усилительный каскад с последовательным (а)

и параллельным (б) включением выходного трансфор матора

На рис. 5. 1 показаны две основные схемы усилительных кас кадов с трансформаторной связью. Схему с последовательным включением трансформатора (рис. 5.1,а) применяют чаще. Схему с параллельным включением трансформатора (рис. 5.1,6), как ее иногда называют, схема с параллельным питанием, обла

дает дополнительными потерями мощности сигнала в				сопротив
лении RKи нуждается в переходном конденсаторе.
Поскольку	в схеме на рис. 5.1, а сопротивление RK отсутст
вует, выходное сопротивление каскада		выше,	чем в	схеме	на
рис. 5.1,6, и равно выходному сопротивлению			транзистора,		его
приближенно	можно считать равным гк*. Для			схемы	на
рис. 5.1,6 выходное сопротивление каскада обычно можно					счи
тать равным	Як. В трансформаторе,	включенном		последова-

тельно с транзистором, имеется постоянный ток подмагничивания, протекающий через его вторичную обмотку. Это следует учи тывать при выборе или расчете трансформатора. Коэффициент трансформации выбирается из условия задания оптимальной на грузки по переменному току. Поскольку в качестве нагрузки служит низкое входное сопротивление следующего каскада, для межкаскадной связи применяют понижающие трансформаторы с коэффициентом трансформации

“	00! = R„'	^			(5. 1І
где Rn — динамическая нагрузка в		коллекторной		цепи	транзи
стора.
Частотная характеристика усилителя с трансформаторной
связью так же, как и с емкостной, может быть			разбита		на три
области: низких, средних и высоких частот.			с	трансформа
Основные параметры усилительного каскада

торной связью обычно рассчитывают на средних частотах, когда можно пренебречь влиянием реактивных элементов, в том числе и индуктивностями трансформаторов.

Коэффициенты усиления каскада по напряжению и току рас считывают по формулам, аналогичным формулам для усилителя с емкостной связью, но с учетом коэффициента трансформации.

В схеме с последовательным включением трансформатора резистор Rl{ отсутствует. Учитывая, что

UB — URn П-2 %

где RB/ = —- —приведенное к первичной обмотке сопротивление л22

нагрузки в коллекторной цепи, и UQ—UBXnu где П\\\По— коэффи циенты трансформации трансформаторов Тр\ и Тр2, получим

Ки	и „	Л < ^ н '»2	р	(5.2)
	и к
		«1

где Rвх — входное сопротивление транзистора.

Коэффициент усиления по току Кі получим, учитывая, что

/„ = - И / „	1 6»1	Тогда
	Ynx

	К ,	АсУ	PYHX
		^вх	ПоПI

Для схемы с параллельным включением выходного трансфор матора необходимо учитывать шунтирующее действие RK в вы ходной цепи и Re во входной. Тогда

•^ПХ	(5.3)
•^ПХ
И
К, = Ѵ-У^Щп1Х ,	(5.4)
ГД в 'Увх И Yßbix коэффициенты полезного	токораспределения

во входной и выходной цепях.

Входное сопротивление транзистора RBx подсчитывается так же, как и в усилителе с емкостной связью (4.24).

Приведенные выше формулы справедливы и для схемы с ОБ, только вместо коэффициента усиления по току ß подставляется а, соответственно изменяется и выходное сопротивление тран зистора.

§5.2. ЧАСТОТНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА У С И Л И Т Е Л Я С Т Р А Н С Ф О Р М А Т О Р Н О Й с в я з ь ю

На рис. 5.2 показана частотная характеристика, типичная для усилителя с трансформаторной связью.

В области низких частот спад коэффициента усиления кас када объясняется уменьшением реактивного сопротивления

Рис. 5. 2. Частотная характернсти-	Рис. 5. 3. Эквивалентные схемы вход-
ка усилителя с трансформаторной	ной и выходной цепи трансформатор-
связью	ного каскада

обмоток трансформатора при уменьшении частоты. На рис. 5.3 показана эквивалентная схема входной и выходной цепей кас када на низких частотах. Как видно из схемы, с уменьшением частоты должно возрастать шунтирующее действие обмоток, и коэффициент усиления по току и напряжению будет падать, причем зависимость для них будет иметь такой же вид, как и для усилителя с емкостной связью (4. 37):

г	, -	гКі0	— ■
к		1 +

		сон Т н

Для входной цепи коэффициент частотных искажений

М = Л / 1

(“нтвх)2

Постоянная времени входной цепи определяется соотноше нием

(5.5)

н і е

гДе	= Я*Л2>
	ЯІхІІЯг
	/ Х - i

Аналогично для выходной цепи получим

где твых ==----- -—- при последовательной включении трансформа-

ЛвыхЦЯн' Z-2

тора и твЫХ= ----------------- при параллельном включении.

^выхНД) ІК Расчет индуктивности в коллекторной цепи при заданном

коэффициенте частотных искажений проводится так же, как и для индуктивности во входной цепи.

Верхняя частота усиления /в для трансформаторных усилите лей так же, как и для усилителей с емкостной связью, опреде ляется частотными характеристиками транзистора, если в схеме отсутствуют большие шунтирующие паразитные емкости.

На частотной характеристике усилителя с трансформаторной связью (см. рис. 5.2) возможно появление максимумов и мини мумов на резонансных частотах LC-контуров, которые обра зуются во входной и выходной цепях усилителя. Иногда это используется для коррекции частотной характеристики, но в большинстве случаев от неравномерности частотной характери стики стараются избавиться.

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 78 / 328 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ