Файл: 1Усилитель звуковой частоты 7 Принципиальная электрическая схема каскада 13.docx

Постоянные токи в схеме каскада:
Постоянные токи в схеме каскада проходят по пути: от +Ек к Rк, через коллектор к эмиттеру, к Rэ, к -Ек.
Режим по постоянному току характеризуется постоянным падением напряжения на компонентах входящих в состав усилительного каскада. При подаче сигнала переменного тока на управляющие электроды активного прибора ток в цепях начинает изменяться в соответствии с приложенным сигналом. Этот переменный ток создает переменное падение напряжения на компонентах, входящих в состав усилительного каскада. Значение выходного сигнала обычно значительно больше входного сигнала. Когда рассматривают приращения токов или напряжений, вызванные входным сигналом, то говорят, что это режим работы по переменному току или режим малого сигнала.
Прохождение переменных токов в схеме каскада:
Когда отрицательная составляющая сигнала поступает на базу, а на коллекторе положительная составляющая, то на эмиттере будет отрицательная составляющая, тогда главная составляющая выходного тока идет от коллектора через С2, Rн, Сэ к эмиттеру.
Второстепенная составляющая идет от коллектора через Rк, +Ек, -Ек, Сэ, к эмиттеру. Следующий полупериод сигнала, когда на базу поступит (+) сигнала, направление переменных токов изменится на противоположное.

3. 
   Распределение частотных искажений:
   

В данной схеме частотных искажений вносятся ёмкостями схемы. В области низких частот искажения создаются конденсаторами связи С1 и С2, конденсатором фильтра Сф и конденсатором цепи эмиттерной стабилизации СЭ.

По условию задания допустимые частотные искажения (дБ) распределяются между элементами схемы следующим образом:
М_нэ = (0,5… 0,8) _Мн(1)

М_нф = (0,05…0,1) _Мн(2)
Где – Мн, допустимый коэффициент частотных искажений на низких частотах, он составляет 1 дБ. В области верхних частот частотные искажения вносятся транзистором МВ VT и выходной емкостью каскада Со (Мв со).
Выходная емкость каскада Со равна сумме входной емкости следующего каскада и емкости монтажа. В усилителях звуковой частоты частотные искажения, вносимые транзистором на верхних частотах, обычно принимаются равными 0,05 ÷ 0,1Дб
Где Mнэ -коэффициен частотных искажений эмиттерной стабилизации;

Mнф - коэффициент частотных искажений конденсатором фильтра.
Мнс = Мн – Мнэ – Мнф (3)
Тогда искажения, вносимые выходной емкостью каскада, определяются по формуле:

---

Мвсо = Мв – М_VT (4)

Где, Мв - допустимый коэффициент частотных искажений на высоких частотах, он составляет 1 дБ; Мvт - коэффициент вносимые транзистором верней частоты.
МVТ=0,1дБ (1,012 отн. ед.)

МВС0=1-0,1=0,9дБ (1,109 отн. ед.)

МФ=МН=1дБ (1,122 отн. ед.)

МНЭ=0,5*1=0,5дБ (1,059 отн. ед.)

МНФ=0,05*1=0,05дБ (1,0058 отн. ед.)

МНР=1-0,5-0,05=0,45дБ (1,047отн. ед.)

4. 
   Статический режим работы каскада.
   

В статическом режиме входной сигнал отсутствует и токи протекают только под действием источника питания Eк. Сопротивление конденсаторов постоянному току равно бесконечности.



Рисунок 2.2 - Схема каскада с общим эмиттером для статического режима
Статический режим работы - на транзистор подаются постоянные токи или напряжения. В основном служит для расчёта рабочей точки транзистора

(чтобы транзистор работал как усилитель, его надо сместить в рабочую точку, то есть в точку, в которой он не заперт и не в насыщении, и способен усиливать подаваемый на него небольшой сигнал переменного тока). Ещё статический режим применяется для расчёта ключевых схем, когда транзистор либо заперт, либо в насыщении.

5. Построение статической линии нагрузки и расчет сопротивлений

R_к и R_э.

Уравнение статической линии нагрузки:

Е_к = I_эо ∙ R_э + U_эко + I_ко ∙ R_к (1)

Учитывая, что Iко>>Iбо , справедливо равенство Iко ≈ Iэо ,и уравнение статической линии нагрузки имеет вид:
Ек = Iко ∙ Rэ + Uэко + Iко ∙ Rк = Uэко + Iко ∙ (Rэ + Rк) (2)
Где I_эо – постоянный ток эмиттера;

I_бо – постоянный ток базы;

Iэ0 -ток эмиттера;

Uэк0 -напряжения эмиттер-коллектор;

Iк0- ток коллектора.
Из этого уравнения выражаем сумму двух сопротивлений:

Rэ + Rк = (3)

• 
  Rэ выбирается из условия:
  

Rэ = (0,1÷ 0,3) ∙ Rк (4)

• 
  РассчитываемR_к взяв из условия R_э=0,2R_к:
  

1.2R_K=(Е_к-U_эк0)\I_ко

1,2R_K= = 0,875 (кOм);

R_к = 0,875/1,2 = 0,73 (кОм)

• 
  Рассчитываем Rэ:
  

R_Э=0,2*0,73 = 0,146 (кОм);

• 
  Номинальные значения R_к =0,75 кОм ;R_э =0,15 кОм:
  

---

Рисунок 2.3 - Выходные характеристики транзистора со статической

линией нагрузки
На выходных характеристиках транзистора строим статическую линию нагрузки по двум точкам(для моих графиков Е_к = 15В ,I_ко = 8мА , U_кэо = 8В ) точка покоя А с координатами I_к0 и U_эк0и точка отсечки I_ко= 0, U_кэ = Е_к.

6. Расчет сопротивлений R₂ и R₁

Для контура R_э– эмиттер – база – R₂ запишем уравнение по второму закону Кирхгофа:

I_эо ∙ R_э + U_эбо – I₁ ∙ R₂ = 0 (1)

ГдеI₁ - ток делителя;
Из уравнения выразим:

R₂ = (2)

Определила R₂:

R₂= = 1 (кОм);
По положению рабочей точки на выходной характеристике транзистора определяем ток базы I_бо(для моего графика I_бо = 0,3 мА)
По входной характеристике транзистора для значений I_бо и U_кэо

(U_кэо = 8 В) находим U_эбо. = 0,3 В



Рисунок 2.4 - Входные характеристики транзистора
Учитывая, что I_эо ≈ I_ко, а ток делителя I₁ = 5 ∙ I_бо, рассчитываем R₂:

Iбо = 0,3 мА

Определила I₁ :

I₁ = 5 ∙ 0,3= 1,5 (мА)
Аналогично для контура R2 – R1 –Eк составляем уравнение по 2 закону Киргофа:

E_к = R₂ ∙ I₁ + R₁ ∙ ( I₁ + I_бо) (3)

Из последнего уравнения выразим R₁ и выполним расчет:
R₁ = (4)
Определила R₁:

R₁= = 7,5 (кОм);

7. Расчет мощности рассеяния на резисторах и выбор резисторов в схему.
   
   

Определяем мощности рассеяния на резисторах:
P_Rк = I_ко² ∙ R_к (1)

P_Rэ = I_ко² ∙ R_э (2)

P_R1= I₁² ∙ R₁ (3)

P_R2= I₁² ∙ R₂ (4)

P_Rк= 8² *0,75= 48 (мВт)

P_Rэ= 8² *0,15=9,6 (мВт)

P_R1= 1,5²*7,5 = 17 (мВт)

P_R2= 1,5²*1= 2,25 (мВт)

Выбираем резисторы типа МЛТ-0,25

8. Динамический режим работы каскада и расчет h-параметров транзистора.
   
   

---

В динамическом режиме источник питания Eк закорочен, а токи протекают только за счет u_вх =U_вхmsinωt (источника сигнала).
Емкость конденсаторов выбирается так, чтобы на минимальной рабочей частоте их сопротивление было значительно меньше активных сопротивлений схемы и конденсаторы можно считать закороченными.
Тогда, заменив транзистор эквивалентной схемой с h-параметрами, получим схему замещения каскада (рисунок. 2.5).


Рисунок 2.5 - Схема замещения каскада
По выходным и входным характеристикам транзистора в точке покоя А определяем h₂₁ h₂₂ h₁₁

По статическим характеристикамтранзистора можно определить три из четырех h-параметров:

• 
  h_11Э- входное сопротивление;
  
• 
  h_21Э- статический коэффициент передачи тока базы транзистора;
  
• 
  h_22Э- выходную проводимость ;
  

По выходным характеристикам определяем h_21:

h₂₁ (1)
Через рабочую точку А проводим вертикальную линию, определяем точки пересечения этой линии с выходными характеристиками транзистора, лежащими выше и ниже той выходной характеристики, на которой

расположена точка А. Из точек пересечения проводим горизонтальные линии до оси ординат, чтобы определить значения Iко для этих точек.
h₂₁
Получаем для верхней точки I_ко = 14 мА, для нижней 4 мА:
Определила △I_ко:

△I_ко = 14 – 4 = 10 (мА)
Определяем приращение тока базы. Для верхней выходной характеристики ток базы 0,45 мА, для нижней 0,15 мА:
Определила△I_бо:

△I_бо = 0,45 - 0,15 = 0,3 (мА)

---

Рисунок 2.6 - Выходные характеристики для h₂₁ и h₂₂
Рассчитываем h_21:

h₂₁ =11,4
По выходным характеристикам определяем h_22:

h₂₂ (2)
Для определения h₂₂ из точки А проводим вправо горизонтальную линию, параллельную оси абсцисс, затем опускаем перпендикуляр на ось абсцисс

Чтобы найти ,от абсциссы 20В отнимаем абсциссу точки покоя А, которая в моем примере равна 8В:
△Uкэ = 20 -8 = 12 (В)

△Iк = 0,8 (мА)

h₂₂ = = 0,066 • (См)
По входным характеристикам определяем h_11:

(3)

Б


Ресунок 2.7 - входным характеристикам определяем h₁₁
На характеристике, соответствующей заданному в варианте значению

в моем примере это напряжение Uкэ = 8В и входная характеристика - это достроенная мной характеристика, на ней отмечено положение рабочей точки А, абсцисса которой 0,3 В, а ордината 0,3 мА
Зададим приращение тока базы △I_б:

• 
  Я взяла △I_б = 0,07 мА и показала это приращение на графике двунаправленной стрелкой. Из концов двунаправленной стрелки опускаем перпендикуляры на входную характеристику транзистора, соответствующую заданному в варианте значению U_эк и определяем точку Б, из которой опускаем перпендикуляр на ось абсцисс. Находим абсциссу точки Б. В моем примере это 0,3 В Абсцисса точки А в моем примере 0,29В
  

Теперь находим приращение △U_эб, для чего из абсциссы точки Б вычитаем абсциссу точки А:

• 
  Определила△U_эб:
  

---