Расчет схемы открытого эмиттера

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Уфимский государственный авиационный технический университет»

Кафедра ЭиБТ

Расчетно-графическая работа

по дисциплине:

«Электротехника и электроника»

Уфа 2013

1. Теоретическая часть

1.1 Расчет по постоянному току схемы с ОЭ

В схеме ОЭ входным током является ток базы, выходным - ток коллектора:

,

где в>>б;

- коэффициент передачи базового тока, в?(50-1000); ;

- сквозной ток коллекторного перехода.

При токе базы, равном нулю, через коллектор протекает достаточно большой ток I_ко^*; при этом эмиттерный переход приоткрыт, так как коллекторное напряжение прикладывается к обоим переходам. Чтобы закрыть эмиттерный переход, нужно приложить к нему запирающее напряжение, при этом на коллекторе течет обратный ток коллекторного перехода I_ко

Назначение элементов. Сопротивления R₁ и R₂ - делители, обеспечивающие положительное смещение на эмиттерном переходе. С_Р1 и С_Р2 - разделительные конденсаторы, благодаря которым на вход усилительного каскада и на выход проходят только переменные составляющие сигналов. За счет них постоянные составляющие источника сигнала не влияют на режим по постоянному току каскада, а на выход попадает только усиливаемый сигнал и не проходят вспомогательные постоянные составляющие. R_К - сопротивление коллекторной нагрузки, с которой снимается повышенное напряжение.

Ток покоя биполярного транзистора, а, следовательно, и положение рабочей точки покоя на нагрузочной прямой определяются параметрами транзистора, которые зависят от температуры.

К таким параметрам относятся: обратный ток коллекторного перехода; коэффициент передачи тока ; напряжение на эмиттерном переходе U_бэ. Изменение указанных параметров транзистора в диапазоне температур вызывает смещение рабочей точки на нагрузочной прямой, что может привести к нелинейным искажениям или отсечке выходного сигнала усилителя. Изменение ?I_к коллекторного тока с температурой определяется зависимостью:, причем наиболее сильно ток коллектора меняется за счет I_ко^*.

Поэтому при работе транзисторных усилителей в широком диапазоне температур необходимо принять меры по обеспечению стабильности рабочей точки покоя. Наиболее широко применяются отрицательные обратные связи по постоянному току и напряжению.

R_Э- элемент отрицательной обратной связи (ООС) по постоянному току. С возрастанием температуры увеличиваются токи покоя I_КП и I_ЭП, при этом увеличивается падение напряжения U_RЭ и эмиттерный переход подзапирается, что вызывает уменьшение тока базы и коллектора. Таким образом, ООС стабилизирует ток покоя; чтобы не было ООС по переменной составляющей, R_Э шунтируется С_Э, при этом ООС по переменной составляющей практически нет.

1.2 Расчет по переменному току на средних частотах схемы с ОЭ

Эквивалентная схема каскада в области средних частот представлена на рис. 1.5. эмиттер ток инвертирующий усилитель

Рис.1.5. Эквивалентная схема каскада ОЭ в области средних частот

Входное сопротивление каскада определяется отношением , где - напряжение на зажимах Б-Э, а I_вх - входной ток.

Учитывая, что через сопротивление r_б протекает ток I_б , а через r_э - ток , и складывая оба падения напряжения, находим величину U_вх; деля ее на ток получаем:

R_вх = R₁|| R₂ || r_вх

Входное сопротивление зависит от режима транзистора, особенно от тока I_э, поскольку величина r_э обратно пропорциональна этому току.

Выходное сопротивление определяется со стороны выходных зажимов при отключенной нагрузке и нулевом входном сигнале.

= R_к || r_к^*.

При этом, как правило, R_к « r_к^* и можно не учитывать величины , поэтому:

Коэффициент усиления по напряжению определяется как отношение напряжения U_вых на нагрузке к ЭДС источника сигнала e_г из очевидных соотношений:

Из последней формулы видно, что коэффициент усиления по напряжению увеличивается с уменьшением входного сопротивления. Это обстоятельство специфично для транзисторных каскадов и объясняется тем, что выходное напряжение пропорционально входному току, а он растет с уменьшением .

Для увеличения К_u суммарную коллекторную нагрузку желательно делать возможно большей. Так как сопротивление R_н обычно задано, следует выбирать .

Коэффициент усиления по току определяется с помощью соотношений:

Отсюда:

1.3 Расчет инвертирующего усилителя на ОУ

Инвертирующий усилитель представляет собой ОУ, охваченный цепью параллельной отрицательной обратной связи по напряжению. Неинвертирующий вход заземлен через резистор R₂, сопротивление которого для снижения влияния величины ошибки выбирают из условия :

Так как неивертирующий вход ОУ заземлен и разность напряжений между входами равна нулю, то инвертирующий вход тоже имеет нулевой потенциал относительно земли. Поэтому . Так как входы ОУ не потребляют тока (в идеальном случае считаем, что входное сопротивление ОУ равно ?), то . Выходное напряжение можно найти как падение напряжения от тока I_ОС на резисторе R_ОС, то есть,

.

Отсюда

(4.1)

Если ЭДС источника сигнала имеет внутреннее сопротивление , формула (4.1) примет вид:

. (4.2)

Ток выходной цепи ОУ равен:

. (4.3).

Входное сопротивление инвертирующего усилителя при идеальном ОУ определяется сопротивлением резистора R₁, выходное сопротивление равно нулю. В случае неидеального ОУ (, см. эквивалентную схему ОУ) можно записать уточненный коэффициент усиления по напряжению:

. (4.4)

Это выражение позволяет оценить погрешность величины K_{U ИНВ} с учетом конечных значений K_{U ОУ} и R_{ВХ ОУ}.

Входное сопротивление усилителя при неидеальном ОУ:

. (4.5)

Выходное сопротивление усилителя в этом случае равно

.

Напряжение статической ошибки инвертирующего усилителя на ОУ определяется выражением:

.

Если , то

, (4.5)

где -разность входных токов смещения.

Дрейф выходного напряжения, вызванный изменением температуры на 1 ⁰С, можно найти с учетом выражения:

, (4.6)

где - дрейф напряжения смещения и - дрейф разности входных токов.

2. Расчетная часть

Задание №1. Расчет по постоянному току схемы с ОЭ

Дано: I_кп =7мA=3мА, U_кэп = 5,5В=5В, R_k =5кОм=2кОм, E_k =12B, в =45,

Найти: R₁ , R₂, R_э

;

U_Rк=I_к•R_к=6В; U_эп=Е_к-(U_кэп+U_Rк)=1В;

;

Выбираем ток делителя I_дел=10I_бп=10•66,6•10^-6=666•10^-6А;

Пренебрегая падением напряжения на эмиттерном переходе можно считать что

R₂=U_бп/I_дел=1/0,666•10^-3=1501 Ом;

R₁= (Е_к -U_бп)/(I_дел+I_бп)=(12-1)/(0,666•10^-3+66,6•10^-6)=11/732,6•10^-6 = 15015 Ом;

R_Э= U_эп /I_эп=1/3,06•10^-3=326,8 Ом

Задание №2. Для схемы усилителя с ОЭ осуществить расчет по переменному току на средних частотах

Эквивалентная схема каскада с ОЭ в области средних частот

Дано: в = 50, R_Г = 50 Ом, R_Н = 1,5кОм, R_К = 1,5кОм, r_б = 50 Ом, r_э=14 Ом

Найти:

;

R_вх = R₁|| R₂ || r_вх=640 Ом; ;

;

Задание 3. Рассчитать инвертирующий усилитель на ОУ

Дано: Тип ОУ - 154УД4А, R_вх = 80 кОм, K_UИНВ = 100, R_вых = 20 Ом

Найти R₁, R₂, R_ОС (R_Г=0)

Оценить R_{4 min}

Из справочных данных U_вых.max=±12В; R₄?U_вых./I?24/0.015=1600 Ом;

R₄?1600 Ом

Размещено на Allbest.ru