Старооскольский технологический институт

(филиал)

Московского государственного института стали и сплавов

(технологического университета)

Рекомендовано

методическим советом

СТИ МИСиС

Уварова Л.В.

Электронные цепи и микросхемотехника

методические указания

к выполнению домашнего задания на тему:

«Расчет резисторных каскадов предварительного усиления на биполярных транзисторах с общим эмиттером»

для студентов специальности

200400 – Промышленная электроника

Старый Оскол

2002

Рецензенты:

Начальник АСУ прокатного производства М.Д.Вялых

Зам. начальника ЦЭТЛ С.И. Пономарев

Составитель:

Уварова Л.В.

Методические указания к выполнению домашнего задания на тему: «Расчет резисторных каскадов предварительного усиления на биполярных транзисторах с общим эмиттером»

© Уварова Л.В.

© СТИ МИСиС

Содержание

1. Цели и задачи домашнего задания 4

2. Содержание домашнего задания 5

1.1 Теоретическая часть 5

1.1.1 Назначение, принципиальная электрическая схема, принцип работы усилительного каскада 5

1.1.2 Эквивалентная схема каскада. 8

1.1.3 Основные характеристики усилителя 8

1.1.4. Основные параметры усилителя 9

3. Порядок выполнения домашнего задания 13

3.1 Расчетная часть 13

3.1.1 Постановка задания и его варианты 15

3.2.1 Расчет усилительного каскада по постоянному току 18

3.2.2 Расчет усилительного каскада по переменному току 32

4. Требования к оформлению 38

Контрольные вопросы 39

Литература 41

Приложение 42

1. Цели и задачи домашнего задания

Целью домашнего задания:

Рассчитать резисторный каскад усилителя на биполярном транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером, имеющим эмиттерную стабилизацию точки покоя, работающем в режиме усиления класса А.

Данное домашнее задание является закреплением теоретического материала и развития навыков практического расчета.

Материалы содержат: теоретическую и расчетную части, варианты заданий, контрольные вопросы, приложение.

Рассматриваются назначение, принципиальная электрическая схема, характеристики и параметры резисторных каскадов предварительного усиления на биполярных транзисторах с общим эмиттером, работающих в линейном режиме усиления класса А. Приводится методика расчета на иллюстрирующем примере, даются практические рекомендации по выбору элементов схемы и электрическим режимам ее работы. Алгоритм расчета представлен последовательными этапами, каждый из которых состоит из двух частей, помеченных точками в начале строки, смысл которых следующий:

- комментарий к расчетному действию в виде теоретических положений и методических указаний,

- иллюстрирующий пример расчетного действия на данном этапе расчета.

Приводятся контрольные вопросы, используемые при защите выполненной работы. В приложении приводятся параметры и характеристики некоторых типов транзисторов.

2. Содержание домашнего задания

1.1 Теоретическая часть

1.1.1 Назначение, принципиальная электрическая схема, принцип работы усилительного каскада

Резисторные каскады с общим эмиттером – это усилительные каскады на биполярных транзисторах с резисторными нагрузками в коллекторных цепях. Вывод эмиттера транзистора является общим для входной и выходной цепей каскада по переменному току. Широкое применение этих каскадов в качестве предварительных усилителей обусловлено тем, что они обеспечивают усиление входного сигнала главным образом по напряжению. Однако не исключается усиление по току. Принципиальная схема усилительного каскада показана на рис.1.

Назначение элементов схемы:

Е_К - э.д.с. источника питания по постоянному току.

VT - биполярный транзистор – усилительный элемент /УЭ/.

R₁, R₂ - резисторы делителя напряжения, обеспечивающие смещение по току /резистор R₁/ и напряжению /резистор R₂/, а также частичную стабилизацию рабочей точки транзистора по постоянному току.

R_K - резистор, ограничивающий ток в цепи коллектора, чтобы он не превышал значения, указанного в паспорте на выбранный тип транзистора.

С₁, С₂ - разделительные конденсаторы, предназначенные для разделения цепей по переменной составляющей усилительного сигнала от цепей постоянного источника питания.

Rэ, Сэ - элементы эмиттерной цепи для стабилизации рабочей точки транзистора как по температуре резистором Rэ, обеспечивающим отрицательную обратную связь в каскаде по постоянной составляющей, так и по частоте конденсатором Сэ, уменьшающим проявление отрицательной обратной связи по переменной составляющей.

Rн – сопротивление нагрузки каскада, являющееся входным сопротивлением следующего каскада.

Е_Г, r_Г - э.д.с. и внутреннее сопротивление источника усиливаемого сигнала.

R_ф, С_ф – элементы фильтра источника питания.

Рисунок 1 – Схема усилительного каскада с общим эмиттером

Рисунок 2 – Эквивалентная схема транзистора для h-параметров для схемы включения с общим эмиттером

Рисунок 3 – Эквивалентная схема усилительного каскада с общим эмиттером

Принцип работы усилителя заключается в процессе усиления маломощного входного сигнала. Процесс усиления – преобразование энергии источника постоянного напряжения Ек в энергию переменного напряжения в выходной цепи за счет изменения сопротивления усилительного элемента /биполярного транзистора/ по закону, задаваемому входным сигналом. Источник Ек обуславливает токи I_Д, I_КП, I_ЭП одного направления в электрических цепях усилителя. Однако входной /усиливаемый/ сигнал имеет форму переменного напряжения u_ВХ. Поэтому ток в выходной цепи i_H, и в частности через нагрузку Rн также будет одного знака, но его значение будет изменяться во времени по закону изменения входного напряжения. Ток такой формы и соответствующее ему напряжение называют пульсирующими и их следует рассматривать как состоящих из постоянной и переменной составляющих. Связь между постоянными и переменными составляющими должна быть такой, чтобы амплитудные значения переменных составляющих Im, Um не превышали постоянных составляющих Iп, Uп, то есть Iп  Im и Uп  Um.

Невыполнение этих условий приводит к искажению формы выходного сигнала. Реализация этих условий осуществляется таким построением схемы, чтобы во входной цепи каскада усиливаемый переменный сигнал был наложен на постоянную составляющую тока /или напряжения/. Эти постоянные составляющие тока и напряжения определяют так называемый режим покоя усилительного каскада.

Для схемы усилительного каскада ОЭ параметры режима покоя по входной цепи / I_БП, U_БЭП / и по выходной цепи / I_КП, U_КЭП / характеризует электрическое состояние каскада в отсутствии входного сигнала. Направления токов в цепях и точки приложения напряжений в режиме покоя показаны на рис.1.

Температурная зависимость параметров режима покоя обуславливается зависимостью коллекторного тока покоя I_КП от температуры. При отсутствии мер по стабилизации тока I_КП его температурные изменения вызывают изменения режима покоя каскада, что может привести к режиму работы каскада в нелинейной области характеристик транзистора и искажению формы кривой выходного сигнала. Отрицательная обратная связь, предназначенная для стабилизации режима покоя каскада при изменении температуры и реализуемая элементом R_Э по постоянному току и элементом С_Э по переменной составляющей, проявляется в следующем. Предположим, что под влиянием температуры ток I_КП увеличивается. Это отражается на увеличении ток I_ЭП / рис.1 / , повышении напряжения

U_ЭП = I_ЭП  R_Э

и соответственно снижении напряжения

U_БЭП = U_БП - U_ЭП

Ток базы I_БП уменьшается, вызывая уменьшение тока I_КП, чем создается препятствие наметившемуся увеличению тока I_КП. Иными словами, стабилизирующее действие отрицательной обратной связи, создаваемой резистором R_Э, проявляется в том, что температурные изменения параметров режима покоя передаются цепью обратной связи в противофазе на вход каскада, препятствуя тем самым изменению тока I_КП, а следовательно, и напряжению U_КЭП.