Міністерство освіти і науки України Національний університет «Львівська політехніка» Інститут телекомунікацій, радіоелектроніки та електронної техніки Кафедра РЕПС / Комплексна контрольна робота з курсу «Аналогові електронні пристрої» на тему «НЧ підсилювач звукових частот на біполярному транзисторі» Завдання 1.Розрахувати підсилювальний каскад на біполярному транзисторі КТ501А. / Рис.1.Схема підсилювального каскаду 2.Розрахувати схему без температурної стабілізації і з температурною стабілізацією шляхом введення від’ємного зворотного зв’язку. 3.Змоделювати схему підсилювального каскаду за допомогою програми для проектування р. е. пристроїв – Electronics Workbench (Multisim 10) та зняти характеристики підсилювача. Розрахунок 1.Основні параметри транзистора КТ501А: IK max=300 мА UKE max=15 B Pдоп=350 мВт h21E=20..60 IКБ0=1 мкА Розрахунок на постійному струмі а) Вибираємо напругу джерела живлення з рівності Eк=(0,8÷0,9) UКЕ max UКЕ max=0,8*15=12 B б) При виборі робочої точки не можна заходити в зону, де потужність розсіювання є більша за допустиму потужність Рдоп. Будуємо криву, яка буде обмежувати робочу точку за потужністю. В) На вихідній характеристиці транзистора проводимо навантажувальну пряму. На отриманій прямій вибираємо робочу точку, вибираємо її так, щоб не заходити в область е лінійності. Рис.2. Вихідна ВАХ транзистора Отже робочу точку отримаємо з такими параметрами: UКЕА=7 В IКА=7,5 мА UБЕ зм=0,67 В IБ=0,25 мА ЕК=12 В ∆UКЕ=6,5 В ∆IК=9 мА ∆UБЕ=80 мВ ∆IБ=0,3 мА Рис.3. Вхідна ВАХ транзистора Маючи значення струмів і напруг, якими задається робоча точка, можемо знайти значення опору бази та колектора: RБ=(ЕЖ-UБЕ зм)/IБ=(12-0,67)/0,25*10-3=45,32 кОм Вибираємо номінальне значення з нормованого ряду Е24 (допустиме відхилення ±5%) опором 47 кОм. RК=(ЕЖ-UКЕА)/IК=(12-7)/7,5*10-3=667 Ом Вибираємо номінальне значення з нормованого ряду Е24 (допустиме відхилення ±5%) опором 680 Ом. Розрахунок за змінним струмом Знайдемо h-параметри транзистора h11E=RВХ=∆UБЕ/∆IБ=0,08 В/0,3*10-3А=267 Ом h22E=∆IK/∆UKE=9*10-3А/6,5 B=0,00138 См К1=h21E=∆IK/∆IБ=9*10-3 А/0,3*10-3 А=30 Знайдемо КU: KU=∆UKE/∆UБЕ=6,5 В/0,08 В=81,25 Знайдемо КР=KU*K1=30*81,25=2437,5 PВХ=UВХ*IВХ/2=∆UБЕ*∆IБ/8 PВИХ=UВИХ*IВИХ/2=∆UKE*∆IK/8 PКОР=PBX+PВИХ=7,1355 мВт P0=UKEA*IKA=52,5 мВт η=PKOP*100%/P0=13,5914% Розрахунок значень розділюваних ємностей Розрахуємо значення розділюваних ємностей (СР1 та СР2). Знайдемо опір конденсатора ХСр1 виходячи з нерівності ХСр1<<RВХ RВХ=h11E=267 Ом; fН=20 Гц Задамось значенням ХСр1=4 Ом Знайдемо ємність СР1 з виразу: ХСр1=1/ωН*СР1; CP1=1/2πfНХСр1=1/502,4=1,99 мФ Виберемо з нормованого ряду значення ємності СР1: 1,8 мФ ХСр2<<RK Задамося значенням ХСр2=9,9 Ом Знайдемо ємність СР2 з виразу: ХСр2=1/ωН*СР2; СР2=1/2πfНХСр2=1/1243,44=804,2 мкФ Виберемо з нормованого ряду значення ємності СР2: 820 мкФ 3.Розрахунок схеми з стабілізацією шляхом введення негативного зворотного зв’язку. / Рис.4.Схема підсилювального каскаду із зворотнім зв’язком Визначаємо на скільки зміститься робоча точка з ростом температури від 25 до 50 0С Для даного транзистора IКБО=1 мкА I’КБО=IКБО*e0,08(∆T)=1*10-6*e0,08*25=7,29 мкА U’ЕБ=UБЕ+ε*∆Т=0,725 I’Б=(ЕЖ-U’ЕБ)/RБ=0,254 мА I’K=β*I’Б+I’КБО(β+1)=12,872 мА ∆IБ=0,004 мА ∆IK=5,372 мА U’KE=12-12,872*10-3*667=3,414 B Рис.5.Зміщення робочої точки від дії температури Введемо зворотний зв’язок в даний підсилювальний каскад. Введення від’ємного зворотного зв’язку приводить до стабілізації робочої точки транзистора, тобто він повертатиме робочу точку в колишнє положення. Оскільки ми працюємо на низьких частотах, то конденсатор СЕ має великий опір і струм який через нього протікає буде незначний. Тому його вплив розглядати не будемо. З попередніх розрахунків відомо, що: IK=12,872 мА; UKE=3,414 B; KU=81,25 Розраховуємо спад напруги на RK: URк=IK*RK=8,586 B Розраховуємо спад напруги на RE: URE=2EЖ-URк-UKE=24 B – 8,586 B -3,414 B=11,998 B IБ=IK/β=0,257 мА IE=IK+IБ=13,129 мА Оскільки опір RE невисокий (RE=667/81,25=8,21 Ом), то вважатимемо, що загальний опір R’E+RE=R’E=URE/IE=914 Ом Визначаємо опір ємності ХСЕ, який повинен бути в 10..50 разів більший за R’E. Задамо ХСЕ=9,2 кОм, тоді СЕ=1/2πfНХСЕ=1/1155520=0,865 мкФ Для стабільної роботи схеми потрібно, щоб через RБ2 протікав струм в 5..10 раз більший за струм IБ Iпад=IБ*10=2,57 мА RБ1=(ЕЖ-URE)/(IБ+Iпад)=70,74 Ом RБ2= (ЕЖ-URE)/Iпад=77,82 Ом 3.Ввожу розраховану схему в програму для проектування р. е. пристроїв – Electronics Workbench (Multisim 10) та знімаю характеристики підсилювача. / Рис.6. Осцилограма вхідного і вихідного сигналів / Рис.7. АЧХ підсилюючого каскаду / Рис.8.ФЧХ підсилюючого каскаду Висновок Змоделювавши НЧ підсилювач на біполярному транзисторі КТ501А, я визначив коефіцієнт підсилення напруги КU=81,25, коефіцієнт підсилення струму Кі=30, коефіцієнт підсилення потужності РІ=2437,5. Визначив переміщення робочої точки при температурі 50 градусів Цельсія. І щоб стабілізувати робочу точку ввів від’ємний зворотний зв'язок. Для цього ввів резистори: R’E=914 Ом RБ1=70,74 Ом RБ2=77,82 Ом Також ввів схему в програму Electronics Workbench і зняв частотні характеристики схеми.