Проект усилительного каскада

Размещено на http://www.allbest.ru

Содержание

Введение

1. Исходные данные

2. Статический режим или режим покоя

3. Динамический режим

4. Итог расчета

5. Практическая реализация проекта

6. Подготовка и изготовление печатной платы, монтаж деталей

7. Перечень элементов к схеме

Заключение

Список использованных источников



Введение

Обычно к полупроводниковым материалам относят вещества, которые при комнатной температуре имеют удельное сопротивление в пределах от Омсм. Вещества со значительно меньшим сопротивлением (Омсм.) причисляют к проводникам (металлам), а со значительно большим (Омсм.) - к непроводникам (диэлектрикам). Количество полупроводниковых материалов, далеко превышает число металлов и диэлектриков. К полупроводникам относятся некоторые химические элементы (Ge, Si, Se), интерметаллические соединения (InSb, GaAs), окислы (O, ZnO), сульфиды, карбиды и множество других химических соединений.

В отличие от металлов сопротивление полупроводников сильно зависит от температуры и, кроме того, с ростом температуры не увеличивается, а уменьшается. Так, для большинства металлов температурный коэффициент сопротивления составляет +(0,4-0,6) % на 1?С, а для полупроводников он может достигать -(5-6)% на 1?С и более.

При добавлении примеси в чистый полупроводник его удельное сопротивление сильно уменьшается: например, мышьяка в германий снижает сопротивление в 200 раз.

Транзистор (от английских слов transfer - «переносить» и resistor - «сопротивление») - это полупроводниковый прибор, предназначенный для усиления, генерирования и преобразования электрических колебаний различных частот. транзистор биполярный усилительный каскад

Транзисторы делятся по мощности и рабочей частоте (зашифровано в порядковом номере).

	Малой мощности до 0,3 Вт.	Средней мощности до 1,5 Вт.	Большой мощности более 1,5 Вт.
Низкочастотные	От 100 до 199	От 400 до 499	От 700 до 799
Среднечастотные	От 200 до 299	От 500 до 599	От 800 до 899
Высокочастотные	От 300 до 399	От 600 до 699	От 900 до 999

Например: КТ 608 - кремниевый транзистор, высокочастотный, средней мощности.

Биполярный транзистор - это трехслойный прибор, состоящий из двух p-n-переходов, расположенных на одной линии вплотную друг к другу. Его структура может быть либо p-n-p либо n-p-n. Три области, которые образуют транзистор, называются эмиттер, база, коллектор.



1. Исходные данные

* напряжение источника питания В,

* сопротивление нагрузки Rн = 270 Ом.

* нижняя граничная частота сигнала Гц.

* напряжение на выходе каскада .

* коэффициент нелинейных искажений в области нижних частот К=1,3

Рассчитаем сопротивления резисторов схемы, определим коэффициент усиления напряжения, тока и мощности, входное и выходное сопротивления каскада, максимальную амплитуду выходного синусоидального сигнала.

Рисунок 1

Решение

При использовании транзистора n - p - n типа необходимо изменить полярность источника питания так, чтобы на коллектор подавался положительный потенциал (рис. 1.) При этом направления токов и напряжений меняются на противоположные.

2. Статический режим или режим покоя

В статическом режиме входное напряжение отсутствует и токи протекают только под действием источника питания . Сопротивление конденсаторов постоянному току равно бесконечности и поэтому схема каскада в этом режиме имеет следующий вид (рис. 1).

Уравнение статической линии нагрузки:

Учитывая, что

Откуда ток коллектора

При использовании значений тока в миллиамперах сопротивления получаются в килоомах.

Определяем тип транзистора:

или 12 мА.

Выбираем транзистор МП 42Б, p-n-p типа.

С характеристиками:

.

По полученному уравнению на выходных характеристиках транзистора МП 42Б строим статическую линию нагрузки (рис. 2) по двум точкам: точка покоя А с координатами

Подставляя в уравнение линии нагрузки значения , получаем

Требуется получить амплитуду выходного сигнала 1,6 Вольт с максимальным искажением сигнала k=1,3. На коллекторных характеристик выбираем рабочую точку: При напряжении источника питания коллекторное напряжение будет изменяться:

Следовательно, должно быть несколько меньше 0,4 В. Выбираем

В., тогда при токе :

Ом.

Ом.

Номинал сопротивлений выбираем из стандартных:

.

.

Для контура - эмиттер - база - запишем уравнение по второму закону Кирхгофа:

Отношение выбирается в соответствии с степенью стабилизации. При

Ом.

Номинал сопротивлений выбираем из стандартных:

.

.

Определив величины сопротивлений, задающих режим работы каскада, производим проверку стабильности работы.

Определим величину из условия = (5 . . . 10), где емкостное сопротивление конденсатора . Для расчёта ёмкости конденсатора воспользуемся выражением:

Номинал конденсатора выбираем из стандартных:

Определим емкость разделительного конденсатора из условия

= (5...10), где - емкостное сопротивление разделительного конденсатора, - входное сопротивление каскада. При этом

Номинал конденсатора выбираем из стандартных:

3. Динамический режим

По выходным характеристикам транзистора в точке покоя А определяем

По входной характеристике

В динамическом режиме источник питания закорочен, а токи протекают только за счет = 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 усилителя (рис. 3).

Рисунок 3

В этой схеме

Ом.

Входное сопротивление каскада

Выходное сопротивление каскада

Коэффициент усиления напряжения находим с помощью уравнений для входной и выходной цепей

(знак минус показывает, что изменяется в противофазе с ).

Коэффициент усиления тока

Коэффициент усиления мощности

Уравнение динамической линии нагрузки записывается по второму закону Кирхгофа для выходного контура схемы замещения каскада

При каскад работает в статическом режиме и динамическая линия нагрузки должна приходить через точку покоя А. При изменении коллекторного тока напряжение изменится на , т. е. вторая точка динамической линии нагрузки имеет координаты

Через точки с этими координатами проводим динамическую линию нагрузки. Она пересекает характеристику в точке, которая соответствует В. Следовательно, максимальная амплитуда выходного напряжения

Максимальная выходная мощность

4. Итог расчета:

* сопротивления резисторов:

* входное сопротивление каскада

* выходное сопротивление каскада ;

* коэффициент усиления напряжения ;

* коэффициент усиления тока ;

* коэффициент усиления мощности ;

* максимальная амплитуда выходного напряжения ;

* максимальная выходная мощность .

5. Практическая реализация проекта

В начале практической работы собираем схему каскада на макетной плате для анализа работы каскада и коррекции элементов, если потребуется.

Для этого этапа работы потребуется следующие измерительные приборы:

ь Генератор НЧ

ь Осциллограф

ь Омметр

ь Вольтметр

ь Амперметр

Дополнительно потребуется стабилизированный источник питания с регулировкой выходного напряжения от 3 до 5 Вольт.

Рисунок 4

Собираем схему на рисунке №4, проверяем исправность элементов, соответствие номиналов. После сборки проверяем правильность монтажа.

Перед подачей напряжения на схему резисторы R1 и R3 выставляем на максимальное сопротивление(в схеме имеет номинал: R3 = 50 Ом. и R1 = 1.5 кОм.). Подаем напряжение (4 В.) и снимаем показание с миллиамперметра в режиме покоя (без сигнала на входе), так как сопротивление R1 в максимальном положении, то показание миллиамперметра меньше 6 мА. Потенциометром R1 выставляем на коллекторе 6 мА. Подключаем генератор на вход и осциллограф на выход каскада. Генератор настраиваем на нижнюю рабочую частоту (201 Гц.), по осциллографу смотрим искажения и величину выходного сигнала (положение переключателей осциллографа В/дел-0,5 В., Время/дел- 1 мс.). Величина сигнала незначительная из за высокого сопротивления R3 (конденсатор Сэ не участвует в работе каскада) и обратные связи подавляют не только температурные приращения , но и приращения, вызванные сигналом и в этом случае усиление каскадом будет очень мало. Движком R3 выставляем минимальное сопротивление (подключаем в работу конденсатор Сэ), по мере уменьшения сопротивления на экране осциллографа наблюдаем рост усиления каскада.

Итак, мы на выходе имеем 1,6 В., при перемещении движка R1 в большую сторону наблюдаем уменьшение уровня сигнала, а в меньшую сторону рост нелинейных искажений. R1 выставляем по максимальному уровню сигнала при минимальных искажений. Рабочая точка найдена.

Отключаем питание от схемы, после чего изымаем переменное сопротивление из схемы для измерения его сопротивления. R1=1190 Ом. что соответствует моим расчетам.

6. Подготовка и изготовление печатной платы

При помощи программы Sprint-Layout 5.0 рисуем плату и переводим в негатив (использую фоторезист плёночный). Распечатываем принтером на прозрачную пленку для принтеров.

Подготовив поверхность заготовки платы, наносим на её поверхность фоторезист сверху накладываем шаблон изображенный на рисунке №5 и накрываем стеклом, на расстоянии 15 см. устанавливаем лампу с ультрафиолетовым излучением, экспонируем 6-8 минут. После экспонирования проявляем в 1-2% растворе кальцинированной соды с последующей промывкой холодной водой. Осуществляем травление платы в растворе хлорного железа с последующей промывкой холодной водой. Сверлим отверстия и лудим дорожки платы. Плата готова для монтажа.



Рисунок 5

Производим монтаж деталей на плату согласно схеме изображенной на рисунке №6. Установку транзистора производим в последнюю очередь, изгиб выводов транзистора производим на расстоянии не менее 10 мм. от корпуса (если требуется), пайку производим не ближе 10 мм. от корпуса транзистора. Необходимо обеспечить теплоотвод между местом пайки и корпусом. Время пайки должно быть минимальным (2-3 сек.). Следует применять низкотемпературные припои. Температура припоя не должна превышать 260?С (например ПОС-40).

Дополнение к схеме (D1, D2, Cф2.) служит для выпрямления полезного сигнала и измерения его уровня с помощью вольтметра в режиме «постоянного напряжения».



7. Перечень элементов и схем

Рисунок 6

Таблица №1. Перечень элементов к схеме рис. 6

Наименование.	Обозначение.	Номинал.	Примечание.
Резисторы		1,2 кОм.
		160 Ом.
		470 Ом.	Переменный
		280 Ом.
		50 Ом.
		270 Ом.
Конденсаторы		33 мкФ.	10 В.
		15 мкФ.	10 В.
		100 мкФ.	10 В.
		220 мкФ.	10 В.
		2,2 мкФ.	10 В.
Полупроводниковые приборы		МП 42 Б	p-n-p, германиевый
		КД 522
		КД 522
Прочее			1 планка на два контакта для перемычки
		1 перемычка
			3 клеммные колодки на 2 контакта

Заключение

В данной работе был произведен расчет усилительного каскада по схеме с «Общим Эмиттером», при выполнении которой было закреплено знание, полученные при изучении теоретического материала, приобретены навыки по выбору, анализу и расчёту схем электронных устройств, а также для практической работы по изготовлению и монтажу электронного устройства.



Список использованных источников

1. Степаненко И.П., Основы теории транзисторов и транзисторных схем: «Энергия» Москва 1973 год.

2. Горбачёв Г.Н., Чапалыгин Е.Е., Промышленная электроника: учебное пособие 1988 год.

3. Нефедов В.И., Основы радиоэлектроники: Учебник для вузов Москва Высшая школа, 2000 год.

4. Фишер Дж.Э., Гетланд Х.Б., Электроника от теории к практике, 1976год., перевод на русский язык, «Энергия» 1980 год.

5. Терещук Р.М., Седов С.А. Малогабаритная радиоаппаратура, Справочник, Киев 1971 год.

Размещено на Allbest.ru

...