وزارت آموزش و پرورش فدراسیون روسیه
دانشگاه فنی دولتی اورال
گروه اتوماسیون و کنترل در سیستم های فنی
محاسبه پیش تقویت کننده
روی ترانزیستور KT3107I
درس در
الکترونیک
دانش آموز gr. R-291a A.S. کلیکوف
معلم
دانشیار، Ph.D. V. I. Pautov
یکاترینبورگ 2000
1. داده های اولیه برای محاسبه تقویت کننده 3
2. انتخاب ترانزیستور4
3. محاسبه حالت ترانزیستور برای جریان مستقیم 4
4. انتخاب ولتاژ منبع تغذیه 5
5. محاسبه عناصری که حالت عملیاتی tr-ra5 را فراهم می کنند
6. محاسبه ظرفیت های C f, C 1, C 2, C e 7
7. نتایج محاسبه8
8. پاسخ فرکانس و پاسخ فاز تقویت کننده 9
9. مراجع 10
1. داده های اولیه برای محاسبه تقویت کننده
U H = 0.2 AT
R Н = 0.3 کیلو اهم
RC = 0.5 کیلو اهم
t max = 70 0 سی
f n = 50 هرتز
f c = 25 هرتز
 |
2. انتخاب ترانزیستور.
برای ترانزیستور انتخاب شده، ضریب کیفیت D t:
که در آن r¢ b مقاومت حجمی پایه برابر با 150 است اهم C به - ظرفیت اتصال کلکتور
با توجه به داده های محاسبه شده و از شرایط: P k max > P k، B min ³ B لازم، ¦ در ³¦ در، باید ترانزیستور را انتخاب کنیم. KT3107I
3. محاسبه حالت ترانزیستور برای جریان مستقیم.
جریان کلکتور I به توسط فرمول تعیین می شود:
جایی که R در \u003d V * r e \u003d 1k9 - مقاومت ورودی آبشار E c - منبع سیگنال
ولتاژ روی کلکتور-امیتر U ke: نقطه کار ترانزیستور = 1.5 AT
I 0 k \u003d 1.82 AT
4. انتخاب ولتاژ منبع تغذیه.
R e را با فرمول پیدا کنید:
که در آن S ضریب دما است
Rb \u003d (5¸10) R در \u003d 5 * 1900 \u003d 9500 اهم- مقاومت پایه کل
یافتن U b:
بیایید R f را تعریف کنیم:
طبق GOST، ما انتخاب می کنیم:
R 1 \u003d 6k0 R 2 \u003d 16k0 R e \u003d 3k2 R f \u003d k45
بیایید تحقق نابرابری را بررسی کنیم:
I 0 تا * R e + U 0 ke + I 0 تا * R to + (I 0 to + I د) * R f ³ E k
5.824 + 1.5 + 2.5 + 1.179 ³ 5
11 ³ 5 - نابرابری برآورده می شود
برای تکرار کننده R e2 تعریف کنید:
U B2 \u003d U K1 \u003d I 0 e * R e + U 0 Ke \u003d 1.82 mA * 3.2کیلو اهم + 1.5AT = 7.32 AT
U Be2 \u003d r¢ b * I 0 e \u003d 150 * 1.82 mA = 0.27 AT
R in2 و R out2 را پیدا کنید:
سود مرحله اول:
6. محاسبه ظرفیت های C f, C 1, C 2, C e.
که در آن К SG = 40 – ضریب هموارسازی
f P = 100 هرتز- فرکانس ریپل منبع تغذیه اصلی
| 8. ویژگی های دامنه فرکانس و فاز فرکانس. | ||||||||||||||||
| 10 | 20 | 30 | 40 | 60 | 100 | 160 | 320 | 640 | 1280 | 2560 | 5120 | 10240 | 20480 | 40960 | 81920 | 163840 |
| 1 | 1.30103 | 1.47712125 | 1.60205999 | 1.77815125 | 2 | 2.20411998 | 2.50514998 | 2.80617997 | 3.10720997 | 3.40823997 | 3.70926996 | 4.01029996 | 4.31132995 | 4.61235995 | 4.91338994 | 5.21441994 |
| 62.8 | 125.6 | 188.4 | 251.2 | 376.8 | 628 | 1004.8 | 2009.6 | 4019.2 | 8038.4 | 16076.8 | 32153.6 | 64307.2 | 128614.4 | 257228.8 | 514457.6 | 1028915.2 |
| 0.2 | 0.4 | 0.6 | 0.8 | 1.2 | 2 | 3.2 | 6.4 | 12.8 | 25.6 | 51.2 | 102.4 | 204.8 | 409.6 | 819.2 | 1638.4 | 3276.8 |
| 5 | 2.5 | 1.66666667 | 1.25 | 0.83333333 | 0.5 | 0.3125 | 0.15625 | 0.078125 | 0.0390625 | 0.01953125 | 0.00976563 | 0.00488281 | 0.00244141 | 0.0012207 | 0.00061035 | 0.00030518 |
| 0.4 | 0.8 | 1.2 | 1.6 | 2.4 | 4 | 6.4 | 12.8 | 25.6 | 51.2 | 102.4 | 204.8 | 409.6 | 819.2 | 1638.4 | 3276.8 | 6553.6 |
| 4.6 | 1.7 | 0.46666667 | -0.35 | -1.56666667 | -3.5 | -6.0875 | -12.64375 | -25.521875 | -51.1609375 | -102.380469 | -204.790234 | -409.595117 | -819.197559 | -1638.39878 | -3276.79939 | -6553.59969 |
| 25 | 6.25 | 2.77777778 | 1.5625 | 0.69444444 | 0.25 | 0.09765625 | 0.02441406 | 0.00610352 | 0.00152588 | 0.00038147 | 9.5367E-05 | 2.3842E-05 | 5.9605E-06 | 1.4901E-06 | 3.7253E-07 | 9.3132E-08 |
| 0.16 | 0.64 | 1.44 | 2.56 | 5.76 | 16 | 40.96 | 163.84 | 655.36 | 2621.44 | 10485.76 | 41943.04 | 167772.16 | 671088.64 | 2684354.56 | 10737418.2 | 42949673 |
| 0.21242964 | 0.50702013 | 0.90618314 | 0.94385836 | 0.53803545 | 0.27472113 | 0.16209849 | 0.07884425 | 0.03915203 | 0.01954243 | 0.00976702 | 0.00488299 | 0.00244143 | 0.00122071 | 0.00061035 | 0.00030518 | 0.00015259 |
| 1.35673564 | 1.03907226 | 0.43662716 | -0.33667482 | -1.00269159 | -1.29249667 | -1.40797942 | -1.49187016 | -1.53163429 | -1.55125265 | -1.56102915 | -1.56591332 | -1.5683549 | -1.56957562 | -1.57018597 | -1.57049115 | -1.57064374 |
میزبانی شده در http://www.site
میزبانی شده در http://www.site
وزارت آموزش و پرورش و علوم جمهوری قزاقستان
دانشگاه فنی دولتی شرق قزاقستان آنها. D. Serikbayeva
گروه مهندسی ابزار و اتوماسیون فرآیندهای فناوری
یادداشت توضیحی
به پروژه دوره
در رشته "الکترونیک"
موضوع: "محاسبه تقویت کننده های ترانزیستوری"
تکمیل شد:
دانش آموز گروه 12-RT-1
موسین دی.ک.
بررسی شد
دانشیار گروه PAT
کورنف V.A.
Ust-Kamenogorsk 2013
مقدمه
1 بررسی تحلیلی
1.1 طبقه بندی تقویت کننده ها
1.2 اصول کلیطراحی تقویت کننده ترانزیستور دوقطبی
1.5 بازخورد
2 محاسبه تقویت کننده ترانزیستوری
2.1 ارزیابی پارامترهای حد و انتخاب ترانزیستور
2.2 محاسبه آبشار اول
2.2.1 محاسبه DC
2.2.2 محاسبه دینامیکی تقویت کننده ترانزیستور دوقطبی
2.3 محاسبه آبشار دوم
2.3.2 محاسبات دینامیکی
2.4 محاسبه خازن های کوپلینگ و ظرفیت خازن شنت در مدار امیتر
نتیجه
کتابشناسی - فهرست کتب
پیوست A
پیوست B
پیوست B
پیوست D
پیوست D
ضمیمه E
پیوست G
مقدمه
یکی از عملکردهای اصلی که توسط دستگاه های آنالوگ اجرا می شود تقویت است. ترانزیستورها رایج ترین عناصر فعال هستند.
در حال حاضر، آگاهی از اصول استفاده وسایل برقیبرای تقویت، تولید، تبدیل سیگنال های الکتریکی و تسلط بر روش های تجزیه و تحلیل و محاسبه مدارهای الکترونیکی با توسعه میکروالکترونیک ارتباط ویژه ای دارد.
انواع دستگاه های تقویت کننده به طور گسترده در فناوری استفاده می شود. یکی از ویژگی های بارز تقویت کننده های الکترونیکی مدرن، تنوع استثنایی مدارهایی است که می توانند در آنها ساخته شوند.
تقویت‌کننده‌های الکترونیکی یکی از مهمترین و پرکاربردترین دستگاه‌ها در سیستم‌ها برای انتقال و پردازش اطلاعات مختلف نشان‌داده‌شده توسط سیگنال‌های الکتریکی هستند. حساسیت بالا، سرعت، فشردگی، مقرون به صرفه بودن آمپلی فایرهای الکترونیکی باعث استفاده گسترده از آن ها در فناوری اندازه گیری، ارتباطات الکتریکی و رادیویی، اتوماسیون، فناوری کامپیوتر و غیره شده است.
بسته به اینکه کدام پارامتر سیگنال ورودی باید با استفاده از یک مرحله تقویت کننده افزایش یابد، مراحل تقویت ولتاژ، جریان و توان وجود دارد.
تقویت کننده های قدرت، که گاهی اوقات تقویت کننده های قدرت نامیده می شوند، برای افزایش توان طراحی شده اند سیگنال های صوتیبه حدی که می توانند مبدل های الکتروآکوستیک، هدفون و دیگران را تحریک کنند. اصل عملکرد تقویت کننده های قدرت به این صورت است که توان عرضه شده به آنها را از یک منبع تغذیه از جریان مستقیم به جریان متناوب تبدیل می کند و شکل موج در خروجی تقویت کننده سیگنال را در ورودی کاملاً تکرار می کند. تقویت کننده های قدرت باید دارای اعوجاج کم باشند. کیفیت صدای هر مجتمع بازتولید صدا تا حد زیادی به پارامترهای تقویت کننده قدرت بستگی دارد فرکانس صوتی. تا به امروز، انواع مختلفی از تقویت کننده قدرت فرکانس صوتی ترانزیستور منتشر شده است، که گاهی اوقات با نشانگرهای با کیفیت بسیار بالا متمایز می شود، با این حال، جستجو برای راه حل های مدار جدید که امکان نزدیک تر کردن صدای دستگاه های رسانای صدا را به طبیعی می دهد. یکی ادامه می دهد
هدف اصلی کار به دست آوردن مهارت های لازم برای محاسبه عملی تقویت کننده های ترانزیستوری، اجتماعی کردن مهارت های نظری به دست آمده است.
1. بررسی تحلیلی
1.1 طبقه بندی تقویت کننده ها
UU دستگاهی است که برای افزایش (تقویت) قدرت سیگنال ورودی طراحی شده است. تقویت با کمک عناصر فعال به دلیل مصرف برق از منبع تغذیه اتفاق می افتد. در CU سیگنال ورودی فقط انتقال انرژی از منبع تغذیه به بار را کنترل می کند.
بسته به هدف، تقویت کننده ها به موارد زیر تقسیم می شوند:
تقویت کننده های DC (JE)
تقویت کننده های فرکانس پایین (ULF)
تقویت کننده های فرکانس بالا (UHF)
تقویت کننده های انتخابی،
پهنای باند (تقویت کننده های ویدئویی)،
تکانه،
اتاق های عمل و غیره
تقویت کننده های عملیاتی متعلق به کلاس چند منظوره یا جهانی هستند، زیرا می توان از آنها برای اجرای تقریباً هر نوع تقویت سیگنال الکتریکی استفاده کرد.
در حال حاضر عنصر اصلی یک دستگاه تقویت کننده الکترونیکی ترانزیستور است.
اصول طراحی کلی تقویت کننده های ترانزیستور دوقطبی
ترانزیستور وسیله ای نیمه هادی است که در آن تغییر در سیگنال الکتریکی ورودی منجر به تغییر مقاومت مدار خروجی ترانزیستور می شود. از این خاصیت ترانزیستور می توان برای تبدیل های مختلف سیگنال های الکتریکی (تقویت، تولید، مبدل های شکل و ...) در تثبیت کننده های الکترونیکی، سوئیچ ها و ... استفاده کرد. طیف گسترده ای از ترانزیستورها وجود دارد که در اصل عملکرد، هدف، قدرت، خواص فرکانس و سایر ویژگی ها متفاوت هستند.
این پروژه از یک ترانزیستور دوقطبی استفاده می کند n-p-p را تایپ کنید، و داشتن دو انتقال pn. شکل 1a نشان دهنده گرافیک و حروف مرسوم چنین ترانزیستورهایی است نمودارهای الکتریکی. شکل 1b نمودار اتصال را نشان می دهد عناصر خارجیمولد ولتاژ ورودی تقویت شده (UВХ) و منبع تغذیه (+ Un) به پایانه های ترانزیستور.
از آنجایی که امیتر مشترک است، به چنین اتصال ترانزیستوری مدار سوئیچینگ امیتر مشترک (CE) می گویند. این مدار کلید اصلی ترانزیستورهای دوقطبی است، زیرا بهترین استفاده را از خواص تقویت کننده ترانزیستور می کند. همچنین طرح های سوئیچینگ با پایه مشترک (OB) و جمع کننده مشترک (OK) وجود دارد که کمتر مورد استفاده قرار می گیرند.
شکل 1 - تعیین گرافیکی و حروفی مشروط ترانزیستورهای دوقطبی n-p-n را تایپ کنیددر نمودارهای الکتریکی
مدار "کلکتور-امیتر" ترانزیستور یک مدار قدرت است که در آن مقاومت بار کلکتور P متصل است و مدار "پایه امیتر" مدار کنترل نامیده می شود که سیگنال الکتریکی تقویت شده به آن عرضه می شود.
با توجه به قانون 2 Kirchhoff برای ترانزیستور (نگاه کنید به شکل 16)، می توانیم بنویسیم
آن ها جریان کلکتور Ik کمتر از جریان امیتر یعنی Ie با مقدار جریان پایه Ib است.
در مدار سوئیچینگ ترانزیستور با OE مقدار ورودی جریان پایه و مقدار خروجی جریان کلکتور است.
شکل 2 - الف) مشخصات ورودی ب) خروجی یا ویژگی ها
مشخصات اصلی جریان-ولتاژ استاتیک (VAC) یک ترانزیستور در مدار با OE عبارتند از:
الف) مشخصات ورودی (شکل 2، الف)
ب) مشخصات خروجی یا کلکتور (شکل 2، ب)
ویژگی های ورودی در UKE> 0 به تدریج ضخیم می شوند، عملاً به این مقدار بستگی ندارند، بنابراین دو منحنی در کتاب های مرجع آورده شده است - برای UKE = 0 V و UKE = 3 V، یا UKE = 5 V.
مشخصه های خروجی تقریباً با افزایش جریان پایه یکسان از یکدیگر فاصله دارند و از IB=0 شروع می شوند. با این حال، در آینده، با نزدیک شدن به جریان پایه اشباع IBsat، شروع به ضخیم شدن می کنند. وقتی Iv \u003d Ibnas، ترانزیستور اشباع می شود، یعنی. به طور کامل باز می شود و کنترل آن توسط جریان پایه متوقف می شود، یعنی. وارد حالت کلید می شود.
منطقه کاری مشخصه های خروجی در حالت تقویت منطقه محدود به حد است مقادیر معتبرو مناطق اشباع و قطع (به خطوط دریچه شده در شکل 2، ب مراجعه کنید). در این ناحیه می توان مشخصات را تقریباً خطی و ترانزیستور را یک عنصر خطی در نظر گرفت.
مشخصات ورودی و خروجی ترانزیستور (شکل 2، a و b را ببینید) به طور قابل توجهی تحت تأثیر دمای گرمایش ترانزیستور است. با افزایش دما، آنها به طور معادل بالا می روند (شکل 2، ب را ببینید).
کتاب های راهنما ارائه می کنند پارامترهای الکتریکی(بهینه یا نامی برای هر نوع ترانزیستور)، و همچنین داده های عملکرد حاشیه ای. اولین، به عنوان اصلی، عبارتند از: ضریب انتقال جریان استاتیک (یا) در یک مدار با OE. تنش مرزی UKЭ; جریان معکوس کلکتور IK0; فرکانس محدود کننده fgr ضریب، یعنی. فرکانس سیگنال تقویت شده که در آن ضریب (یا) با یک عامل کاهش می یابد و غیره.
مرحله تقویت در ترانزیستور با OE (شکل 3). آبشار برای تقویت تنها سیگنال های متغیر طراحی شده است. مدار ورودی مرحله تقویت کننده شامل تمام عناصر متصل شده بین پایه و امیتر ترانزیستور و همچنین منبع سیگنال ورودی (UBX) است.
شکل 3 - مرحله تقویت روی ترانزیستور با OE
مدار خروجی آبشار شامل یک منبع تغذیه Un، یک عنصر کنترل‌شده ترانزیستور VT و یک مقاومت R است. این عناصر مدار اصلی آبشار تقویت‌کننده را تشکیل می‌دهند که در آن، به دلیل جریان کلکتور iK، توسط جریان پایه کنترل می‌شود. ib، تقویت شده ولتاژ ACدر خروجی مدار Uout. عناصر باقی مانده نقش حمایت کننده را ایفا می کنند.
خازن‌های CI و C2 در حال جدا شدن هستند: CI شنت مدار ورودی آبشار را توسط مدار منبع سیگنال ورودی DC حذف می‌کند، که اولاً اجازه می‌دهد تا جریان DC را از طریق منبع سیگنال ورودی در امتداد مدار + Un-- Rl حذف کند. - مقاومت داخلی منبع IV (در 4 نشان داده نشده است) و ثانیاً برای اطمینان از استقلال ولتاژ روی پایه U~Bn در حالت استراحت، یعنی. در صورت عدم وجود سیگنال ورودی u=0، از مقاومت داخلی منبع سیگنال ورودی. هدف خازن C2 عبور دادن تنها جزء متغیر ولتاژ به مدار بار است.
از مقاومت های Rl و R2 برای تنظیم حالت استراحت آبشار استفاده می شود. از آنجایی که ترانزیستور دوقطبی با جریان کنترل می شود، به دلیل کوچک بودن مقاومت ورودی ترانزیستور متصل شده مطابق مدار OE، جریان ساکن در مدار کلکتور G (نگاه کنید به شکل 2، a) با مقدار مربوطه تنظیم می شود. جریان پایه سیگنال وارد شده توسط ترانزیستور در حالت تقویت. اگر نقطه استراحت P (نگاه کنید به شکل 2، a و b) در وسط بخش خطی مشخصات ورودی و خروجی ترانزیستور باشد، این الزام برآورده می شود. برای اینکه موقعیت نقطه استراحت در طول پیر شدن ترانزیستور یا تأثیر عوامل مزاحم خارجی عملاً بدون تغییر باقی بماند، جریان I تقسیم کننده R1-R2 باید 8 ... 10 برابر بیشتر از جریان ساکن مورد نیاز باشد. از پایه Ibp.
Resistor Re یک عنصر بازخورد منفی است که برای تثبیت حالت استراحت آبشار با تغییرات دما طراحی شده است. خازن Ce مقاومت R را در امتداد شنت می کند جریان متناوب، بنابراین تجلی بازخورد منفی در آبشار برای اجزای متغیر را حذف می کند.
عدم وجود Se منجر به کاهش بهره آبشار خواهد شد.
عملکرد آبشار را در حالت تقویت، زمانی که یک ولتاژ ورودی متغیر به ورودی آبشار اعمال می شود، در نظر بگیرید.
در این حالت، ولتاژ Ube و جریان ib در محدوده خاصی شروع به تغییر می کنند که توسط دامنه Uinxm و نوع مشخصه ورودی ترانزیستور تعیین می شود. علاوه بر این، این تغییرات نسبت به نقطه استراحت P رخ خواهد داد (شکل 2، a و b را ببینید). مطابق با مشخصات خروجی ترانزیستور، جریان کلکتور r نیز تغییر می کند که مقادیر لحظه ای آن توسط ولتاژها تعیین می شود. برای تحلیل بیشتر حالت عملیات آبشاری، لازم است از روش گرافیکی- تحلیلی برای محاسبه غیرخطی استفاده شود. مدارهای الکتریکی، از آنجایی که ترانزیستور به طور کلی یک عنصر غیر خطی است.
ما یک معادله را مطابق قانون 2 Kirchhoff برای حالت استراحت می سازیم، یعنی. برای اجزای ثابت جریان ها و ولتاژها: rgn استراحت (نگاه کنید به شکل 2، a) که از منبع نیرو Un از طریق مقاومت R1 جریان می یابد. همراه با R2، مقاومت R1 یک تقسیم کننده ولتاژ تغذیه U را تشکیل می دهد که بخشی از آن، که به مقاومت R2 اختصاص داده شده است، برابر با مقدار Ubp است (شکل 2، a را ببینید). انتخاب مقدار و با نیاز به حداقل اعوجاج شکل ورودی تعیین می شود
مقدار ناچیز است، بنابراین، برای ساده کردن تجزیه و تحلیل، می توان از آن صرف نظر کرد و سپس معادله را به دست می آوریم.
عبارت (5) معادله یک خط مستقیم در مختصات Ik و Uke است، یعنی. در مورد مشخصات خروجی ترانزیستور خطی که بر اساس این معادله در مختصات IK و Uke ساخته شده است، خط بار آبشار برای جریان مستقیم نامیده می شود (به خط مستقیم در شکل 2، b مراجعه کنید). نقطه تلاقی این خط با مشخصه مربوط به I6p، یعنی. نقطه P، نحوه عملکرد آبشار را برای جریان مستقیم تعیین می کند.
در حالت تقویت، نقطه عملیاتی در امتداد خط بار نسبت به نقطه P حرکت می کند، بنابراین اجزای متغیر جریان کلکتور ik و ولتاژ UKE را تعیین می کند. به دلیل وجود خازن جداکننده C2، تنها جزء متغیر ولتاژ UKE در پایانه های خروجی آبشار تخصیص داده می شود که ولتاژ خروجی آبشار است. تجزیه و تحلیل گرافیکی نشان می دهد که ولتاژ خروجی Uout و Uin ورودی در آنتی فاز هستند، یعنی. یک مرحله تقویت کننده واحد بر روی یک ترانزیستور که مطابق مدار OE متصل شده است، فاز ولتاژ خروجی را نسبت به ولتاژ ورودی 180 درجه تغییر می دهد. این یکی از ویژگی های اصلی چنین آبشاری است.
شاخص اصلی هر تقویت کننده بهره آن است - این مقدار برابر با نسبت سیگنال خروجی به ورودی است.
ضریب تقویت جریان پایه h21e، ترانزیستور برای مدار سوئیچینگ با OE در حالت استاتیک است:
h21e=v = Ik / Ib، با Uke= const (6)
1.3 ویژگی های دامنه و دامنه فرکانس
ویژگی های اصلی مرحله تقویت، دامنه و فرکانس دامنه (AFC) است. مشخصه دامنه وابستگی دامنه یا را تعیین می کند ارزش موثربا یک سیگنال ورودی سینوسی از ولتاژ خروجی بر روی دامنه یا مقدار موثر ولتاژ ورودی در فرکانس ثابت سیگنال ورودی. نمایی تقریبی از این مشخصه در شکل 5 نشان داده شده است. وابستگی خطیبین Uout و Uin (بخش 1-2) حفظ می شود تا زمانی که تغییر نقطه عملکرد در مشخصه ورودی ترانزیستور نسبت به نقطه استراحت P در امتداد بخش خطی آن (در مجاورت نقطه P در شکل 2) انجام شود. ، ب). در Uin>Uin2، خطی بودن مشخصه دامنه به دلیل غیرخطی بودن مشخصات جریان-ولتاژ ترانزیستور نقض می شود.
شکل 4 - مشخصات جریان-ولتاژ غیرخطی ترانزیستور
این منجر به اعوجاج شکل سیگنال خروجی نسبت به شکل سیگنال ورودی می شود، یعنی. به اصطلاح اعوجاج های غیر خطی. اعوجاج هارمونیک می تواند با هر شکلی از سیگنال ورودی رخ دهد. آنها به دامنه سیگنال ورودی، موقعیت نقطه استراحت در مشخصات ورودی و خروجی ترانزیستور و همچنین به نوع این ویژگی ها بستگی دارند.
مشخصه دامنه فرکانس (AFC) تقویت کننده، وابستگی مدول بهره K به فرکانس سیگنال تقویت شده در مقدار ثابت سیگنال ورودی است. نمای کلی آن برای تقویت کننده با خازن های کوپلینگ، یعنی. کوپل شده با خازن، در شکل 5 نشان داده شده است.
شکل 5 - نمای کلی پاسخ فرکانسی برای تقویت کننده با خازن های کوپلینگ
غیر خطی بودن AFC به دلیل وجود عناصر (به ویژه خازن ها و ترانزیستور) در مدار تقویت کننده است که پارامترهای آنها به فرکانس بستگی دارد. پاسخ فرکانس به شما امکان می دهد اعوجاج فرکانس را که خطی نامیده می شود قضاوت کنید. اگر سیگنال ورودی شکل پیچیده ای داشته باشد و بتوان آن را به صورت مجموع اجزای هارمونیک با فرکانس ها و دامنه های مختلف نشان داد که به طور متفاوتی تقویت می شوند، چنین اعوجاج هایی رخ می دهد. با دستاوردهای مختلف با تجزیه و تحلیل شکل 6، می بینیم که محدوده ای از فرکانس های متوسط با KV0 ثابت وجود دارد.
برای تقویت‌کننده‌های فرکانس پایین، که شامل مرحله تقویتی است که ما در حال مطالعه آن هستیم، محدوده فرکانس متوسط تقریباً در 500 ... 1000 هرتز است. در محدوده فرکانس‌های پایین و بالا، بهره کاهش می‌یابد (در فرکانس‌های پایین و بالا کاهش می‌یابد، یعنی به اصطلاح «انسداد» پاسخ فرکانسی).
محدوده فرکانس تقویت‌کننده، که در آن تقویت‌کننده مقدار معینی از بهره را ارائه می‌کند، پهنای باند نامیده می‌شود که فرکانس‌های قطع پایین‌تر و فرکانس فای بالایی بهره را در سطح معینی از اعوجاج فرکانس (خطی) تعیین می‌کند. به عنوان یک قاعده، مقدار بهره در فرکانس های قطع باند عبور KVo /v2 است. پاسخ فرکانسی "انسداد" در محدوده فرکانس های پایین(LF) به دلیل تأثیر خازن های جداسازی CI، C2 و خازن Ce است. به طور معمول، ظرفیت خازن های این خازن ها به گونه ای انتخاب می شود که مقاومت آنها xC = 1 / uC در محدوده فرکانس باند عبور ناچیز باشد و افت ولتاژ در آنها نادیده گرفته شود. با کاهش فرکانس سیگنال تقویت شده، راکتانس های xc افزایش می یابد که منجر به افزایش افت ولتاژ در آنها و در نتیجه از دست دادن بخشی از سیگنال ورودی در خازن های جداسازی C1 و C2 می شود. اثر شنت خازن Ce نیز ضعیف می شود، که منجر به افزایش تأثیر بازخورد منفی بر جریان متناوب و کاهش بهره آبشار می شود.
"انسداد" پاسخ فرکانس در فرکانس های بالا به دلیل وابستگی بهره ترانزیستور (5 به فرکانس)، وجود ظرفیت های بین الکترودی ترانزیستور (به ویژه ظرفیت بین پایه و کلکتور) است که اثر آن شنت مربوطه است p-p-transitionsهرچه بیشتر باشد، فرکانس سیگنال تقویت شده بیشتر است.
1.4 انواع ارتباط بین مراحل تقویت کننده منفرد
انواع زیر از اتصال بین مراحل تقویت کننده فردی قابل تشخیص است: گالوانیکی (مستقیم). خازنی (با استفاده از زنجیره های RC0)؛ تبدیل کننده؛ استفاده از مدارهای وابسته به فرکانس؛ اپتوکوپلر
برای تقویت کننده های نسبتا کم فرکانس، نوع اول و دوم کوپلینگ بیشتر استفاده می شود. سومی به دلیل کمتر استفاده می شود ابعاد بزرگترانسفورماتورها، عدم امکان ریزمینیاتورسازی آنها، هزینه بالا، پیچیدگی ساخت، افزایش اعوجاج غیر خطی. نوع چهارم در ایجاد تقویت‌کننده‌های انتخابی استفاده می‌شود و نوع پنجم نسبتاً به ندرت استفاده می‌شود، فقط در موارد خاصی که سیگنال خوب در فرکانس کاری پایین مورد نیاز است. جداسازی گالوانیکیبین آبشارها
1.5 بازخورد
در عمل، هیچ تقویت کننده ای بدون بازخورد (OS) استفاده نمی شود. فیدبک انتقال توان سیگنال الکتریکی از مدار خروجی به مدار ورودی است.
شکل 6 بلوک دیاگرام تقویت کننده با سیستم عامل را نشان می دهد که در آن سیگنال الکتریکی از خروجی تقویت کننده با بهره K از طریق پیوند سیستم عامل با ضریب انتقال r به ورودی تقویت کننده بازگردانده می شود. پیوند سیستم عامل ممکن است شامل عناصر خطی، غیر خطی، وابسته به فرکانس و سایر عناصر یا حتی کل دستگاه باشد.
شکل 6 - طرح ساختاریآمپلی فایر با بازخورد
وجود دارد کل خطمدارک OS
اگر سیگنال الکتریکی پس از پیوند بازخورد متناسب با ولتاژ خروجی باشد، تقویت کننده از بازخورد ولتاژ استفاده می کند. اگر سیگنال در خروجی لینک بازخورد متناسب با جریان در مدار خروجی باشد، از بازخورد جریان استفاده می شود. سیستم عامل ترکیبی نیز امکان پذیر است.
تأثیر بازخورد می تواند منجر به افزایش یا کاهش سیگنال حاصل به طور مستقیم در ورودی تقویت کننده شود. در حالت اول ، سیستم عامل مثبت نامیده می شود ، در حالت دوم - منفی (سیگنال های ورودی تقویت کننده اضافه یا کم می شوند).
با توجه به روش معرفی سیگنال سیستم عامل به مدار ورودی تقویت کننده، بازخوردهای سریال و موازی متمایز می شوند. در حالت اول، ولتاژ خروجی پیوند سیستم عامل به صورت سری با ولتاژ منبع سیگنال ورودی (شکل 7، الف) در حالت دوم، به صورت موازی (شکل 7، 6) متصل می شود.
شکل 7 - الف) بازخورد سریال
ب) بازخورد موازی
تقویت کننده ها عمدتا از بازخورد منفی (NFB) استفاده می کنند که معرفی آن باعث می شود تقریباً تمام ویژگی های تقویت کننده ها بهبود یابد. شکل 8a یک تقویت کننده با فیدبک ولتاژ منفی سریال را نشان می دهد. اجازه دهید خواص چنین تقویت کننده ای را تخمین بزنیم.
OOS پهنای باند (شکل 8، a) و بخش خطی مشخصه دامنه (شکل 8، b) را گسترش می دهد، که منجر به کاهش اعوجاج خطی و غیر خطی می شود.
شکل 8 الف) - پهنای باند ب) - مقطع خطی مشخصه دامنه
1.6 نمودار سازه
برای تقویت کننده طراحی شده، توصیه می شود از مداری استفاده کنید که شامل یک تقسیم کننده ولتاژ است که عناصر خازنی (خازن) را جدا می کند.
تقسیم کننده ولتاژ برای بایاس ولتاژ در پایه طراحی شده است. تقسیم کننده از مقاومت های Rb1 و Rb2 تشکیل شده است. مقاومت Rb1 به کنتاکت مثبت منبع ولتاژ ثابت Ek به موازات مقاومت کلکتور Rk و Rb2 بین شاخه پایه و کنتاکت منفی منبع ولتاژ ثابت Ek متصل می شود.
خازن های ایزوله برای قطع مولفه ثابت سیگنال جریان استفاده می شود (یعنی عملکرد این عناصر رد نشدن است. دی سی). آنها بین مراحل تقویت کننده، بین منبع سیگنال و مراحل، و همچنین بین آخرین مرحله تقویت کننده و بار (مصرف کننده سیگنال تقویت شده) قرار دارند.
علاوه بر این، در مدار تثبیت امیتر از خازن ها استفاده می شود. آنها به طور موازی با مقاومت امیتر Re متصل می شوند. برای منحرف کردن مولفه متغیر سیگنال از مقاومت امیتر استفاده کنید.
از منبع سیگنال تا مرحله اول تقویت کننده تغذیه می شود سیگنال ضعیف، که بر روی ترانزیستور به دلیل ولتاژ تغذیه ثابت دریافتی از منبع تغذیه تقویت می شود. بعد، چندین بار سیگنال تقویت شدهوارد ورودی مرحله دوم می شود، جایی که با استفاده از ولتاژ تغذیه به سطح سیگنال مورد نظر نیز تقویت می شود و پس از آن به مصرف کننده (در این مورد، بار) منتقل می شود.
اصل عملکرد تقویت کننده دو مرحله ای در شکل 9 نشان داده شده است.
شکل 9 - نمودار ساختاری تقویت کننده دو مرحله ای
بیایید تقویت کننده ترانزیستور را بر اساس محاسبه کنیم پارامترهای داده شدهدر پاراگراف بعدی
2. محاسبه تقویت کننده ترانزیستور
2.1 مشخصات و مشخصات برای محاسبه
مشخصات و ویژگی های طراحی تقویت کننده فرکانس پایین کم مصرف مطابق با وظیفه فردی پروژه دوره (گزینه 1) گرفته شده است.
جدول 1 داده های محاسبه مرحله تقویت کننده فرکانس پایین را در ترانزیستور دوقطبی نشان می دهد. نمودار مرحله تقویت کننده ترانزیستوری با امیتر مشترک در شکل 9 نشان داده شده است.
جدول 1 - داده های متغیر برای محاسبه
|
شماره گزینه |
Eu، V Umax در |
|||||||
نام گذاری ها:
Um out، V - مقدار دامنه ولتاژ در خروجی تقویت کننده.
Um in، V - مقدار دامنه ولتاژ منبع سیگنال ورودی؛
Ek ولتاژ منبع ولتاژ ثابت در مدار کلکتور است.
R و - مقاومت داخلی منبع سیگنال (مقاومت داخلی ژنراتور)؛
Rn - مقاومت در مدار بار تقویت کننده؛
Fн Fв - محدوده فرکانس های تقویت شده.
Mv \u003d Mn - ضریب اعوجاج فرکانس؛
toocr,оС - دمای عملیاتی تقویت کننده.
شکل 9 - طرح مرحله تقویت کننده ترانزیستوری با امیتر مشترک
محاسبه مرحله تقویت کننده در سه مرحله انجام می شود:
ارزیابی پارامترهای محدود کننده عملیات آبشار و انتخاب ترانزیستور.
محاسبه DC;
محاسبه AC
2.2 ارزیابی محدودیت و انتخاب ترانزیستور
پارامترهای محدود کننده ترانزیستور عبارتند از:
1) حداکثر ولتاژ بین کلکتور و امیتر ترانزیستور که از نسبت Ukemax = 1.2 * Ek انتخاب می شود و در مورد ما برابر است با:
اوکما؟ 1.2 R11 = 13.2 V.
انتخاب یک ترانزیستور با توجه به دو پارامتر انجام می شود: ولتاژ Ukemax و حداکثر فرکانس Fm. انتخاب ترانزیستور n-p-n را تایپ کنیدبا افزایش جریان ساکن بزرگ h21e (برای محاسبه از کتاب مرجع، انتخاب می کنیم حداقل مقداراین نسبت).
با توجه به شرایط، ترانزیستور KT315B مناسب است. مشخصات فنیکه در پیوست الف آورده شده است.
2.3 محاسبه آبشار اول
2.3.1 محاسبه DC
هنگام طراحی از روش گرافیکی- تحلیلی محاسبه استفاده می کنیم. حالت DC ترانزیستور تمام پارامترهای فنی و اقتصادی تقویت کننده را تعیین می کند. ابتدا نقاط عملیاتی جریان و ولتاژ مدارهای ورودی و خروجی (کلکتور) ترانزیستور را انتخاب می کنیم. حالت جریان ثابت توسط مقاومت ها ارائه می شود: Rb1، Rb2، Re، Rk، که باید پیدا شوند.
نقطه کار ترانزیستور را در ورودی انتخاب می کنیم مشخصه ولت آمپر(پیوست B) که آن را به صورت P نشان می دهیم. این نقطه مطابق با جریان ثابت پایه ترانزیستور - Ibp و ولتاژ بین پایه و امیتر - Ubep است که به ترتیب برابر است با:
Ibp = 0.19 میلی آمپر
در محور ولتاژ Ube، حداقل مقادیر ولتاژ Ubemin و حداکثر Ubemax را تعیین می‌کنیم و بخش‌هایی برابر با Umin در هر دو طرف کنار می‌گذاریم. از مقادیر به دست آمده، عمود بر تقاطع با منحنی نمودار و از نقاط تقاطع با نمودار به محور جریان پایه Ib رسم می کنیم. مقادیر نقاط تقاطع با محور به ترتیب برابر با Ibmin و Ibmax خواهد بود.
در نمودار مشخصات خروجی ترانزیستور (پیوست B) موقعیت نقطه کار را تعیین می کنیم. جریان ساکن کلکتور برابر خواهد بود
Ikp \u003d h21e * Ibp \u003d 50 * 0.19 \u003d 9.5 میلی آمپر.
از نقطه Ikp روی محور Ik یک خط مستقیم افقی تا تقاطع با مقداری انشعاب از خانواده جریان های پایه ترسیم می کنیم. این نقطه استراحت P مدار کلکتور خواهد بود.
با پایین آوردن عمود بر محور افقی ولتاژ Uke، نقطه استراحت ولتاژ کار کلکتور Ucap = 9 V را بدست می آوریم.
بیایید یک خط مستقیم بار استاتیک را با دو نقطه بسازیم که یکی از آنها P است که روی شاخه جریان پایه Ibp قرار دارد. نقطه دوم بر روی محور افقی ولتاژ Uke رسم شده و برابر با ولتاژ تغذیه Ek است. (ضمیمه B)
پس از ساخت خط بار، هنگامی که با محور جریان کلکتور قطع می شود، نقطه Ikz = 25mA را دریافت می کنیم. این نقطه ای است که به معنای جریانی است که در مدار کلکتور با یک ترانزیستور اتصال کوتاه (جمپر) جریان می یابد.
1) Resistance Re برای جبران حرارتی حالت عملکرد آبشار در نظر گرفته شده است و با فرمول محاسبه می شود.
اوره \u003d 0.1Ch15 \u003d 1.5 ولت،
Re \u003d 1.5 / (9.5 * 10-3) \u003d 158 اهم.
2) محاسبه مقاومت مقاومت های Rb1 و Rb2.
برای محاسبه مقاومت های Rb1 و Rb2، توصیه هایی برای انتخاب جریان تقسیم کننده Id در مراحل کم توان 8-10 برابر جریان پایه وجود دارد.
شناسه \u003d 10 * Ibp \u003d 10 * 0.19 \u003d 1.9 میلی آمپر
شناسه * Rb2 \u003d Ube + Re * Ikp و از این رو Rb2 = (Ube + Re * Ikp) / شناسه
Rb2 \u003d (0.5 + 1.5) / 1.9 * 10-3 \u003d 1053 اهم؛
سپس، Rb1 = (Ek - Id * Rb2) / Id.
Rb1 \u003d (11 -1.9 * 10-3 * 1053) / (1.9Ch10-3) \u003d 4736 اهم
3) محاسبه مقاومت Rk
اگر Ik \u003d Ek / (Rk + Re) ، از اینجا دریافت می کنیم
Rk \u003d Ek / Ikz - Re
Rk \u003d 11 / 25 * 10-3 - 158 \u003d 282 اهم
بنابراین، مقاومت های Rk و Re، Rb1 و Rb2 یافت می شوند.
2.3.2 محاسبه دینامیکی آبشار
ضریب ولتاژ نظری را تحت شرایط و مشخصات فنی داده شده با استفاده از فرمول محاسبه کنید:
Ku=14B/0.05B=280;
Rb \u003d (4736 * 1053) / (4736 + 1053) \u003d 861.463 اهم
Req = (Ri Rb)/(Ri + Rb)،
نیاز = (100*861.5)/(100+861.5) = 89.6 اهم
Ueq = (Ei Rb)/(Ri + Rb)
Ueq = (0.05 * 861.5) / (100 + 861.5) = 0.045 V
Ubdmin \u003d Ubep - Ueq \u003d 0.5-0.045 \u003d 0.455 V.
Ubdmax \u003d Ubep + Ueq \u003d 0.5 + 0.045 \u003d 0.545 V.
با توجه به مقادیر دینامیکی ولتاژ ورودی، جریان های دینامیکی ورودی مربوطه در مشخصه ورودی I-V یافت می شود.
Ibdmin = 0.17 میلی آمپر؛
Ibdmax = 0.20mA.
\u003d (RnChRk) / (Rn + Rk) \u003d (4500Ch282) / (4500 + 282) \u003d 265.37 اهم.
Ikd \u003d Ek / Rґn
Ikd \u003d 11 / 265.37 \u003d 0.041 A یا 41 mA
محدوده دینامیکی بار واقعی، مطابق ضمیمه B، در دو شاخه جریان پایه Ibd1 و Ibd2 خواهد بود. محدوده ولتاژ خروجی نیز تغییر خواهد کرد و مطابق با خط بار دینامیکی، Ucd1 = 5.5 V و Ucd2 = 7V خواهد بود.
K \u003d (Ukd2 - Ukd1) / (2 Eu)
K \u003d (7-5.5) / (2 * 0.05) \u003d 15.
Uout=(Ukd2-Ukd1)/2
Uout = 0.75 V
2.3 محاسبه آبشار دوم
2.3.1 محاسبه DC
ما ترانزیستور دوم را با توجه به همان پارامترهایی که هنگام انتخاب ترانزیستور اول توضیح داده شد انتخاب می کنیم. با توجه به شرایط، ترانزیستور KT807B مناسب است که مشخصات فنی آن در پیوست D آمده است.
حالت جریان ثابت توسط مقاومت ها ارائه می شود: Rb1، Rb2، Re، Rk، که باید پیدا شوند.
حالت کار برای جریان مستقیم بر روی مشخصات ولت آمپر ورودی و خروجی (CVC) تعیین می شود که به ترتیب در پیوست E و E ارائه شده اند. محاسبه نموداری-تحلیلی طبق الگوریتمی که برای محاسبه آبشار اول استفاده شد انجام می شود.
ما داده های زیر را از مشخصات جریان-ولتاژ ورودی و خروجی می یابیم:
بیایید مقاومت را محاسبه کنیم.
1) مقاومت Re2 برای جبران حرارتی حالت عملکرد آبشار در نظر گرفته شده است و با فرمول محاسبه می شود.
اوره \u003d 0.1Ch15 \u003d 1.5 ولت،
Re2 = 1.5 / (0.3) = 5 اهم.
2) محاسبه مقاومت مقاومت های Rb3 و Rb4.
برای محاسبه مقاومت های Rb3 و Rb4، توصیه هایی برای انتخاب جریان تقسیم کننده Id در مراحل کم توان 8-10 برابر جریان پایه وجود دارد.
شناسه \u003d 10 * Ibp \u003d 10 * 10 \u003d 100 میلی آمپر
سپس با دانستن جریان پایه Ibp و با استفاده از قانون دوم Kirchhoff می‌توان موارد زیر را نوشت:
شناسه * Rb4 \u003d Ube + Re * Ikp و از این رو Rb4 \u003d (Ube + Re2 * Ikp) / شناسه
Rb4 \u003d (0.65 + 5 * 0.3) / 0.1 \u003d 21.5 اهم؛
طبق قانون کیرشهوف، Rb3 \u003d (Ek - Id H Rb4) / Id \u003d (11 - 0.1 * 21.5) / 0.1 \u003d 88.5 اهم
3) محاسبه مقاومت Rk2
مقاومت Rk2 را از خط بار استاتیک پیدا می کنیم.
نقطه تقاطع خط بار و اردین Ik به معنای جریانی است که در مدار کلکتور با یک ترانزیستور اتصال کوتاه - Ikz جریان می یابد. مقدار عددی Ikz فعلی را می توان از خروجی CVC KT807B یافت که در آن Ikz = 0.85A است.
اگر Ikz \u003d Ek / (Rk2 + Re2) ، از اینجا دریافت می کنیم
Rk2 \u003d Ek / Ikz - Re2
Rk2 \u003d 11 / 0.85 - 5 \u003d 7.94 اهم
بنابراین، مقاومت های Rk2 و Re2، Rb3 و Rb4 یافت می شوند.
محاسبه آبشار پویا
مرحله بعدی محاسبه دینامیکی آبشار است.
بیایید مقدار مقاومت معادل مدار پایه مولفه متغیر جریان ورودی Rb را طبق فرمول پیدا کنیم:
R "b \u003d (88.5 * 21.5) / (88.5 + 21.5) \u003d 17.29
مقاومت ژنراتور ولتاژ ورودی معادل با فرمول محاسبه می شود:
Req = (Ri Rb)/(Ri + Rb)،
Req = (100 * 17.29) / (100 + 17.29) = 17.74 اهم
ولتاژ ژنراتور معادل در ورودی با فرمول محاسبه می شود:
Ueq = (مثلا Rb)/(Ri + Rb)
Uequiv \u003d (0.65 * 17.29) / (100 + 17.29) \u003d 0.1 V
این ولتاژ کمتر از ولتاژ منبع سیگنال است و با استفاده از مشخصه ورودی ترانزیستور ابتدا باید حداقل و حداکثر مقدار دینامیکی ولتاژ ورودی را با استفاده از فرمول تعیین کنید:
Ubdmin \u003d Ubp - Ueq \u003d 0.55V.
Ubdmax \u003d Ubp + Ueq \u003d 0.75V
با توجه به مقادیر دینامیکی ولتاژ ورودی، جریان های دینامیکی ورودی مربوطه در مشخصه ورودی I-V یافت می شود:
Ibdmin = 5 میلی آمپر؛
Ibdmax = 30 میلی آمپر
مرحله بعدی یافتن پارامترهای دینامیکی خروجی آبشار و اول از همه، مقاومت کل بار کلکتور است که از عبارت:
\u003d (RnChRk2) / (Rn + Rk2) \u003d (4500Ch7.94) / (4507.94) \u003d 7.92 اهم.
از آنجایی که مقاومت در مدار کلکتور بر اساس یک سیگنال متناوب تغییر کرده است، لازم است یک خط بار دینامیکی که در امتداد دو نقطه از مشخصه خروجی I-V ترانزیستور قرار دارد، دوباره محاسبه و ساخته شود. نقطه اول مانند حالت استاتیک (نقطه P) باقی می ماند. نقطه دوم (ساختگی) باید روی ضریب Ik باشد و با استفاده از فرمول قابل محاسبه است:
Ikd \u003d Ek / Rґn
Ikd \u003d 11 / 7.92 \u003d 1.38A
محدوده دینامیکی بار واقعی در دو شاخه جریان پایه Ibd1 و Ibd2 خواهد بود. محدوده ولتاژ خروجی نیز تغییر خواهد کرد و مطابق با خط بار دینامیکی، Ucd1 = 4.9 V و Ucd2 = 12V خواهد بود.
سپس، سود واقعی آبشار از عبارت زیر تعیین می شود:
K \u003d (Ukd2 - Ukd1) / (2 Eu)
K \u003d (12-4.9) / (2 * 0.05) \u003d 71.
بهره واقعی مرحله و بهره ولتاژ K را مقایسه کنید بیایید سود واقعی را محاسبه کنیم: Kp \u003d 71H15 \u003d 1065؛ بیایید بهره واقعی آبشار و بهره ولتاژ را با هم مقایسه کنیم. Kp>Ku (1065>280) => دو مرحله برای تقویت کافی است. 2.3 محاسبه خازن های کوپلینگ و ظرفیت خازن شنت در مدار امیتر ظرفیت های اتصالات بین مرحله ای Ср1، Ср2 برای جداسازی گالوانیکی (حذف تأثیر بین مراحل از نظر جریان مستقیم) بین سنسور و مرحله اول و در ادامه، بین هر یک از مراحل در طول کل مسیر تقویت در نظر گرفته شده است. خازن Ce طراحی شده است تا از بازخورد جریان متناوب در مراحل تقویت جلوگیری کند. محاسبه این ظرفیت ها بر اساس فرمول های زیر انجام می شود: برای مرحله دوم (طبق فرمول های مرحله اول): نتیجه در طول پروژه دوره، انتخاب یک نمودار مدار، محاسبه تمام عناصر تقویت کننده دو مرحله ای با مشخصات فنی مشخص شده انجام شد. به عنوان یک مدار تقویت کننده، یک مدار استاندارد برای روشن کردن یک ترانزیستور دوقطبی با یک امیتر مشترک برای رسانایی نوع n-p-n گرفته شد. تقویت کننده جریان، حالت کلاس "A". ترانزیستورهای تقویت کننده n-p-n n-p-n با فرکانس بالا کم مصرف سیلیکونی. تقویت کننده دو مرحله ای توسعه یافته شرایط داده شده پروژه دوره را برآورده می کند. کتابشناسی - فهرست کتب زایتسف: تحت سردبیری A.V. گولومدوف - M .: رادیو و ارتباطات، KubK-a 1994. - 384 p.؛ ill. کورنف V.A. دستورالعمل های روشی برای پروژه دوره. EKSTU، 2010. دستگاه های نیمه هادی ترانزیستورهای کم توان./A.A. لاورننکو وی.یو. کتاب راهنمای دستگاه های نیمه هادی. ویرایش نهم اصلاح شد. K. Technique, 1980. - 464 p. بیمار Moskatov E. A. کتابچه راهنمای دستگاه های نیمه هادی. چاپ 2. - تاگانروگ، 219 ص.، ill. مرجع کتابچه راهنمای مبانی مهندسی برق و الکترونیک. / اد. A.V. Netushila. مسکو: Energoatomizdat، 1995. مهندسی برق و مبانی الکترونیک. / اد. O.P.Gludkina، B.P.Sokolova. م.: بالاتر. مدرسه، 1993. Tsykin G.S. دستگاه های تقویت کننده - م.: ارتباطات، 1971. نظروف S.V. تنظیم کننده های ولتاژ ترانزیستور. - M. : انرژی، 1980. Tsykina L.V. تقویت کننده های الکترونیکی - م.: رادیو و ارتباطات، 1982. رودنکو وی.اس. مبانی تکنولوژی تبدیل - م.: دبیرستان، 1980. انواع تقویت کننده ترانزیستوری، وظایف اصلی طراحی تقویت کننده های ترانزیستوری مورد استفاده در تجزیه و تحلیل مدارهای تعیین و توافق. مشخصات استاتیک، پارامترهای دیفرانسیل ترانزیستورها و تقویت کننده ها، بازخورد در تقویت کننده ها. چکیده، اضافه شده در 04/01/2010 مشخصات ترانزیستور مورد استفاده طرح مدار منبع تغذیه، تثبیت حالت عملیات، خط بار. تعیین مقادیر مدار معادل، فرکانس های مرزی و محدود کننده، مقاومت بار، پارامترهای دینامیکی مرحله تقویت. مقاله ترم، اضافه شده 06/09/2010 طراحی تقویت کننده ترانزیستوری اشکال استفاده از بازخورد منفی محلی و عمومی هنگام بهبود پارامترهای تقویت کننده. تجزیه و تحلیل ظرفیت خازن های انتقال و مسدود کننده. ماهیت مقاومت ورودی مرحله مقدماتی. مقاله ترم، اضافه شده 12/22/2008 بررسی ویژگی ها و اصول عملکرد تقویت کننده های فرکانس پایین بر اساس ترانزیستورهای دوقطبی. روشهای اساسی برای طراحی و محاسبه نوسانگرهای مستطیلی با نرخ تکرار پالس کنترل شده طرح منبع تغذیه. مقاله ترم، اضافه شده در 2008/12/20 ویژگی های فرکانس و زمانی تقویت کننده های سیگنال پیوسته و پالس. اعوجاج های خطی و غیر خطی در تقویت کننده ها. بررسی پارامترهای اصلی تقویت کننده های انتخابی و چند مرحله ای. تقویت آبشار در ترانزیستورهای دوقطبی تست، اضافه شده در 1394/02/13 تقویت کننده های عملیاتی: مفهوم و پارامترها تأثیر بازخورد بر پارامترها و ویژگی های تقویت کننده ها. محاسبه مرحله تقویت در یک ترانزیستور دو قطبی. شبیه سازی مدارها با استفاده از برنامه Elektronik Workbench. انتخاب ترانزیستور مقاله ترم، اضافه شده در 2014/01/20 استفاده از خازن های متغیر برای تغییر فرکانس تشدید مدار. نمای کلی طرح ها و انتخاب جهت طراحی خازن. محاسبه پارامترهای الکتریکی و طراحی، محاسبه ضریب دمایی ظرفیت. مقاله ترم، اضافه شده در 2010/03/14 محاسبه خود نوسانگر، طیف سیگنال در خروجی مبدل غیر خطی، فیلترهای الکتریکی برای هارمونیک دوم و سوم. محاسبه مقیاس، جداسازی و تقویت کننده های خروجی. مشخصات مقاومت، تقویت کننده، خازن، ترانزیستور. مقاله ترم، اضافه شده در 2015/05/28 مفهوم تقویت کننده الکترونیکی، اصل عملکرد. انواع تقویت کننده های الکترونیکی، ویژگی های آنها. انواع بازخورد در تقویت کننده ها و نتایج تاثیر آنها بر عملکرد مدارهای الکترونیکی. تجزیه و تحلیل تقویت کننده های الکترونیکی بر اساس ترانزیستورهای دوقطبی. مقاله ترم، اضافه شده 07/03/2011 کارکرد خازن های متغیر به عنوان عناصر مدارهای نوسانی. نمای کلی طرح ها و انتخاب جهت طراحی خازن. محاسبه پارامترهای الکتریکی و طراحی، محاسبه ضریب دمایی ظرفیت. آکادمی دولتی اتومبیل و جاده سیبری بخش APP و E پروژه دوره "محاسبه تقویت کننده ترانزیستور با توجه به طرح با امیتر مشترک” رشته: مهندسی برق گزینه-17 تکمیل شده: هنر. گرم 31AP Tsigulev S.V. بررسی شده توسط: Denisov V.P. 1. مفاهیم اساسی 2. هدف از عناصر و اصل عملکرد مرحله تقویت کننده طبق طرح با OE 3. تعیین شغل 4. روش محاسبه تقویت کننده ترانزیستور طبق طرح با OE فهرست کتابشناختی 1. مفاهیم اساسی تقویت کننده ها یکی از رایج ترین وسایل الکترونیکی هستند که در سیستم های اتوماسیون و مدارهای رادیویی مورد استفاده قرار می گیرند. تقویت کننده ها به تقویت کننده های اولیه (تقویت کننده های ولتاژ) و تقویت کننده های قدرت تقسیم می شوند. تقویت کننده های پیش ترانزیستوری مانند تقویت کننده های لوله ای از یک یا چند مرحله تقویت کننده تشکیل شده اند. در عین حال، تمام مراحل تقویت کننده دارای ویژگی های مشترک هستند، تفاوت بین آنها فقط می تواند کمی باشد: جریان های مختلف، ولتاژها، مقادیر مختلف مقاومت ها، خازن ها و غیره. برای مراحل پیش تقویت کننده، مدارهای مقاومتی (با کوپلینگ رئوستات-خازنی) رایج ترین هستند. بسته به روش اعمال سیگنال ورودی و به دست آوردن سیگنال خروجی، مدارهای تقویت کننده نام های زیر را دریافت کرده اند: 1) با یک پایه OB مشترک (شکل 1، a). 2) با یک کلکتور مشترک OK (پیرو امیتر) (شکل 1، b). 3) با یک امیتر مشترک - OE (شکل 1، ج). رایج ترین طرح با OE است. مدار OB در پیش تقویت کننده ها نادر است. دنبال کننده امیتر دارای بزرگترین امپدانس ورودی و کوچکترین امپدانس خروجی در بین هر سه مدار است، بنابراین هنگام کار با مبدل های با مقاومت بالا به عنوان اولین مرحله تقویت کننده و همچنین برای تطبیق با یک مقاومت بار با مقاومت کم استفاده می شود. روی میز. 1 مقایسه ای از مدارهای مختلف سوئیچینگ ترانزیستور را ارائه می دهد. میز 1 2. هدف از عناصر و اصل عملکرد مرحله تقویت کننده طبق طرح با OE گزینه های زیادی برای اجرای مدار مرحله تقویت کننده در ترانزیستور OE وجود دارد. این عمدتا به دلیل ویژگی های تنظیم حالت استراحت آبشار است. ویژگی های آبشارهای تقویت کننده و مثالی از مدار در شکل 2 را در نظر بگیرید که بیشترین استفاده را در اجرای آبشار بر روی اجزای گسسته داشته است. عناصر اصلی مدار منبع تغذیه هستند مقاومت ها مقاومت تجلی بازخورد منفی و اثر تثبیت کننده آن بر جریان تقویت کننده های ترانزیستور تقویت کننده ها از رایج ترین ها هستند. دستگاه های الکترونیکی مورد استفاده در سیستم های اتوماسیون و سیستم های رادیویی. تقویت کننده ها به تقویت کننده های اولیه (تقویت کننده های ولتاژ) و تقویت کننده های قدرت تقسیم می شوند. تقویت کننده های پیش ترانزیستوری مانند تقویت کننده های لوله ای از یک یا چند مرحله تقویت کننده تشکیل شده اند. در عین حال، تمام مراحل تقویت کننده دارای ویژگی های مشترک هستند، تفاوت بین آنها فقط می تواند کمی باشد: جریان های برابر، ولتاژها، مقادیر مختلف مقاومت ها، خازن ها و غیره. برای مراحل پیش تقویت، مدارهای مقاومتی (با کوپلینگ رئوستات-خازنی) بیشترین استفاده را داشته اند. بسته به روش تامین سیگنال ورودی و به دست آوردن خروجی، مدارهای تقویت کننده نام های زیر را دریافت کردند: 1. با یک امیتر مشترک - OE (خطا: منبع مرجع یافت نشد1). 2. با یک پایگاه مشترک - ABOUT (خطا: منبع مرجع یافت نشد). 3. با یک جمع کننده مشترک (پیرو امیتر) - OK (خطا: منبع مرجع یافت نشد3). رایج ترین مدار آبشار OE است، زیرا بالاترین تقویت سیگنال را از نظر قدرت ارائه می دهد. مدار OB در پیش تقویت کننده ها نادر است. فالوور امیتر دارای بیشترین امپدانس ورودی و کوچکترین امپدانس خروجی در بین هر سه مدار است، بنابراین در مواردی که این ویژگی به شما امکان می دهد بخش های خاصی از آمپلی فایر را به منظور بهبود کیفیت تقویت مطابقت دهید از آن استفاده می شود. مرحله تقویت با OE را در نظر بگیرید. هنگام محاسبه آبشار تقویت کننده، معمولاً موارد زیر شناخته می شود: 1) R n - مقاومت بار، که آبشار محاسبه شده باید بر روی آن عمل کند. یک آبشار مشابه نیز می تواند بار باشد. 2) I n.m - مقدار مورد نیاز دامنه جریان بار. 3) اعوجاج فرکانس مجاز؛ 4) محدوده دمای عملیاتی؛ 5) در اکثر موارد ولتاژ منبع تغذیه مدار کلکتور داده می شود. در نتیجه محاسبه، موارد زیر باید تعیین شود: 1) نوع ترانزیستور. 2) حالت کار ترانزیستور انتخاب شده؛ 3) پارامترهای آبشاری؛ 4) مقادیر تمام عناصر مدار (مقاومت ها، خازن ها)، پارامترها و انواع آنها. محاسبه آمپلی فایر
محاسبه آبشار تقویت کننده ولتاژ فرکانس پایین ترانزیستوری
با کوپلینگ رئوستات-خازنی
دنباله محاسبه برای یک ترانزیستور متصل مطابق مدار OE (امیتر مشترک) داده شده است. 1 نمودار مرحله تقویت کننده است. داده های اولیه: 1) ولتاژ در خروجی آبشار U خارج از ساعت(ولتاژ روی بار)؛ 2) مقاومت در برابر بار آر n ;
3)
فرکانس قطع کمتر f n; 4) مقدار مجاز ضریب اعوجاج فرکانس آبشار در ناحیه فرکانس پایین م n; 5) ولتاژ منبع تغذیه E پ . تعیین: 1) نوع ترانزیستور. 2) حالت کار ترانزیستور؛ 3) مقاومت بار کلکتور آر ک ;
4) مقاومت در مدار امیتر آر E ;
5) مقاومت تقسیم کننده ولتاژ آر 1
و آر 2
تثبیت حالت عملکرد ترانزیستور؛ 6) ظرفیت خازن جداسازی C R. 7) ظرفیت خازن در مدار امیتر از جانب E; 8) بهره ولتاژ مرحله به U
. روش محاسبه 1. ما نوع ترانزیستور را با توجه به ملاحظات زیر انتخاب می کنیم: الف) U ke.dop (1.11.3) E پ, U ke.dop - بالاترین ولتاژ مجاز بین کلکتور و امیتر، در کتابهای مرجع آورده شده است. I n.M - بزرگترین دامنه ممکن جریان بار؛ I k.dop - بالاترین جریان جمع کننده مجاز، در کتاب های مرجع آورده شده است. یادداشت: 1) هر ترانزیستوری محدوده دمایی مشخص شده را برآورده می کند. 2. برای نوع انتخابی ترانزیستور، مقادیر بهره جریان را برای OE min و M از کتاب مرجع بنویسید.بعضی از کتاب های مرجع، بهره جریان را برای مدار OB و جریان اولیه کلکتور I c.n می دهند. . سپس =/(1-) (هنگام انتخاب حالت کار ترانزیستور، لازم است که شرایط را برآورده کنید. من c.min
من Ph.D.). برای آبشار تقویت کننده های ولتاژ، معمولاً از ترانزیستورهای کم مصرف از نوع P6 استفاده می شود. P13; P16; MP33; MP42 و دیگران. 3. حالت کار ترانزیستور توسط خط بار تعیین می شود که بر اساس خانواده ویژگی های استاتیک (کلکتور) خروجی برای OE ساخته شده است. ساختار خط بار در خطا نشان داده شده است: منبع مرجع یافت نشد خط بار روی دو نقطه ساخته شده است: نقطه 0 - نقطه استراحت (کار) و نقطه 1 که با بزرگی ولتاژ منبع تغذیه تعیین می شود. E پ .
مختصات نقطه 0 جریان ساکن است من k0و ولتاژ استراحت U ke0 (یعنی جریان و ولتاژ مربوط به U در \u003d 0). می توانید من را به 0 برسانید
\u003d (1.05-1.2) I out (1.05-1.2) I n.M، اما نه کمتر از l mA: U ke0 \u003d U out.m + U استراحت، که در آن U OST - کوچکترین ولتاژ مجاز U ke. در U ke <U ostاعوجاج غیر خطی قابل توجهی وجود دارد، زیرا بخش هایی از ویژگی ها با انحنای زیاد در ناحیه کار قرار می گیرند. برای ترانزیستورهای کم مصرف، می توانید U oc t \u003d l V را بگیرید. 4. مقادیر مقاومت را تعیین کنید آر بهو آر E .
با توجه به ویژگی های خروجی (خطا: منبع مرجع یافت نشد)، R about را تعیین می کنیم =
آر به +
آر E. مقاومت کل در مدار امیتر-کلکتور جی پ R E \u003d R در مورد - R K 5. ما بزرگترین مقادیر دامنه سیگنال ورودی جریان I in.m و ولتاژ U in.m را تعیین می کنیم که برای اطمینان از مقدار مشخص شده، U out.m لازم است. با توجه به کوچکترین مقدار بهره جریان ترانزیستور min، به دست می آوریم: تی با توجه به مشخصه استاتیک ورودی برای یک مدار با OE، گرفته شده در U ke= -5 ولت (خطا: منبع مرجع یافت نشد) و مقادیر یافت شده من ب دقیقهو من ب حداکثرارزش را پیدا کنید 2
U in.m
. 6. مقاومت ورودی R را در آبشار نسبت به جریان متناوب تعیین می کنیم (بدون در نظر گرفتن تقسیم کننده ولتاژ). آر 1
و آر 2
): 7 آر 8. ضریب پایداری آبشار را تعیین کنید: که در آن M بالاترین بهره جریان ممکن در نوع انتخابی ترانزیستور است. برای عملکرد عادی آبشار، ضریب پایداری S نباید از چند واحد تجاوز کند. (s 9. ظرفیت خازن جداسازی C p را تعیین کنید: جایی که R بیرون.T
- مقاومت خروجی ترانزیستور که توسط ویژگی های استاتیکی خروجی برای مدار OE تعیین می شود. در بیشتر موارد آر بیرون.T >>آر به، بنابراین می توانید بگیرید آر خروج
آر به +
آر اچ
.
قبول برای نصب اسناد مشابه
ب)
de I - جریان، تعیین شده توسط نقطه 4، یعنی. نقطه تقاطع خط بار با محور جریان.
با گرفتن R E \u003d (015 0.25) R K، دریافت می کنیم
چه زمانی
. مقاومت تقسیم کننده را تعیین کنید آر 1
به آر 2
. برای کاهش عمل شنت تقسیم کننده در مدار ورودی آبشار برای جریان متناوب، را انتخاب کنید
1-2 (8 12) R در ~
)
1
1. بهره ولتاژ آبشار را تعیین کنید:
توجه داشته باشید.روش محاسبه فوق الزامات پایداری عملیات آبشار را در نظر نمی گیرد.
در این مقاله در مورد ترانزیستور صحبت خواهیم کرد. ما نمودارهای اتصال آن و محاسبه یک آبشار ترانزیستور با یک امیتر مشترک را نشان خواهیم داد.
ترانزیستوریک وسیله نیمه هادی برای تقویت، تولید و تبدیل نوسانات الکتریکی است که بر اساس یک نیمه هادی تک بلوری ساخته شده است. سی- سیلیکون یا GE- ژرمانیوم)، حاوی حداقل سه منطقه با - الکترونیکی ( n) و سوراخ ( پ) - رسانایی. در سال 1948 توسط آمریکایی ها W. Shockley، W. Brattain و J. Bardeen اختراع شد. با توجه به ساختار فیزیکی و مکانیسم کنترل جریان، ترانزیستورهای دوقطبی (اغلب ترانزیستورهای ساده نامیده می شوند) و ترانزیستورهای تک قطبی (اغلب ترانزیستورهای اثر میدانی نامیده می شوند) متمایز می شوند. در اولی، که شامل دو یا چند انتقال الکترون به حفره است، هر دو الکترون و حفره به عنوان حامل بار عمل می کنند، و در دومی، الکترون یا حفره. اصطلاح ترانزیستور اغلب برای اشاره به گیرنده های پخش رادیویی قابل حمل مبتنی بر دستگاه های نیمه هادی استفاده می شود.
جریان در مدار خروجی با تغییر ولتاژ یا جریان ورودی کنترل می شود. یک تغییر کوچک در مقادیر ورودی می تواند منجر به تغییر بسیار بزرگتر در ولتاژ و جریان خروجی شود. این خاصیت تقویت کننده ترانزیستورها در فناوری آنالوگ (تلویزیون آنالوگ، رادیو، ارتباطات و غیره) استفاده می شود.
ترانزیستور دوقطبی
ترانزیستور دوقطبی می تواند باشد n-p-nو p-n-pهدایت بدون نگاه کردن به داخل ترانزیستور، می توان تفاوت رسانایی را تنها در قطبیت اتصال در مدارهای عملی منابع تغذیه، خازن ها، دیودها که بخشی از این مدارها هستند، مشاهده کرد. شکل سمت راست به صورت گرافیکی نشان می دهد n-p-nو p-n-pترانزیستورها
ترانزیستور دارای سه ترمینال است. اگر ترانزیستور را چهار قطبی در نظر بگیریم، باید دو ترمینال ورودی و دو خروجی داشته باشد. بنابراین، برخی از نتایج باید هم برای مدار ورودی و هم برای مدار خروجی مشترک باشد.
مدارهای سوئیچینگ ترانزیستور
مدار سوئیچینگ برای ترانزیستور با امیتر مشترک- طراحی شده برای تقویت دامنه سیگنال ورودی از نظر ولتاژ و جریان. در این حالت، سیگنال ورودی، تقویت شده توسط ترانزیستور، معکوس می شود. به عبارت دیگر فاز سیگنال خروجی 180 درجه می چرخد. این مدار اصلی ترین مدار برای تقویت سیگنال های دامنه ها و اشکال مختلف است. مقاومت ورودی یک مرحله ترانزیستور با OE از صدها اهم تا واحد کیلو اهم و مقاومت خروجی از واحد تا ده ها کیلو اهم است.
طرح روشن کردن ترانزیستور با کلکتور مشترک- طراحی شده برای تقویت دامنه سیگنال ورودی توسط جریان. تقویت ولتاژ در چنین مداری رخ نمی دهد. به طور صحیح تر، بهره ولتاژ حتی کمتر از واحد است. سیگنال ورودی توسط ترانزیستور معکوس نمی شود.
مقاومت ورودی یک آبشار ترانزیستور با OK از ده ها تا صدها کیلو اهم است و مقاومت خروجی در صدها اهم - واحد کیلو اهم است. با توجه به این واقعیت که، به عنوان یک قاعده، یک مقاومت بار در مدار امیتر قرار دارد، مدار دارای مقاومت ورودی زیادی است. علاوه بر این، به دلیل تقویت جریان ورودی، ظرفیت بارگذاری بالایی دارد. این ویژگی های مدار جمع کننده مشترک برای مطابقت با مراحل ترانزیستور - به عنوان یک "مرحله بافر" استفاده می شود. از آنجایی که سیگنال ورودی، بدون تقویت دامنه، در خروجی "تکرار" می شود، مدار روشن کردن ترانزیستور با یک کلکتور مشترک نیز نامیده می شود. دنبال کننده ساطع کننده.
باز هم هست طرح روشن کردن ترانزیستور با پایه مشترک. این طرح شمول در تئوری وجود دارد، اما در عمل اجرای آن بسیار دشوار است. چنین مدار سوئیچینگ در فناوری فرکانس بالا استفاده می شود. ویژگی آن این است که امپدانس ورودی پایینی دارد و هماهنگ کردن چنین آبشاری در ورودی دشوار است. تجربه من در الکترونیک کم نیست، اما در مورد این مدار سوئیچینگ ترانزیستور صحبت می کنم، ببخشید، من چیزی نمی دانم! من چند بار از آن به عنوان یک طرح "خارجی" استفاده کردم، اما هرگز آن را درک نکردم. اجازه دهید توضیح دهم: طبق تمام قوانین فیزیکی، ترانزیستور توسط پایه خود یا بهتر است بگوییم توسط جریانی که در مسیر بیس-امیتر جریان دارد کنترل می شود. استفاده از ترمینال ورودی ترانزیستور - پایه در خروجی - امکان پذیر نیست. در واقع، پایه ترانزیستور از طریق یک خازن با فرکانس بالا روی کیس "کاشته" می شود، اما در خروجی از آن استفاده نمی شود. و به صورت گالوانیکی، از طریق یک مقاومت با مقاومت بالا، پایه به خروجی آبشار متصل می شود (بایاس اعمال می شود). اما شما می توانید یک افست را، در واقع، از هر جایی، حتی از یک منبع اضافی، اعمال کنید. به هر حال، سیگنالی به هر شکلی که وارد پایه شود از طریق همان خازن خاموش می شود. برای اینکه چنین آبشاری کار کند، خروجی ورودی - امیتر از طریق یک مقاومت کم مقاومت روی کیس کاشته می شود، از این رو مقاومت ورودی کم است. به طور کلی مدار سوئیچینگ ترانزیستور با پایه مشترک موضوعی برای نظریه پردازان و آزمایشگران است. در عمل، بسیار نادر است. در تمرین من در طراحی مدارها، هرگز با نیاز به استفاده از مدار سوئیچینگ ترانزیستور پایه مشترک مواجه نشده ام. این با خواص این مدار سوئیچینگ توضیح داده می شود: مقاومت ورودی از واحد تا ده ها اهم و مقاومت خروجی از صدها کیلو اهم تا واحد مگا اهم است. چنین پارامترهای خاصی یک نیاز نادر هستند.
ترانزیستور دوقطبی می تواند در حالت سوئیچینگ و خطی (تقویت کننده) کار کند. حالت کلید در طرح های مختلف کنترل، مدارهای منطقی و غیره استفاده می شود. در حالت کلید، ترانزیستور می تواند در دو حالت کارکرد - حالت باز (اشباع) و بسته (قفل) باشد. حالت خطی (تقویت کننده) در مدارهای تقویت سیگنال هارمونیک استفاده می شود و نیاز دارد که ترانزیستور در حالت "نیمه" باز نگه داشته شود، اما حالت اشباع نباشد.
برای بررسی عملکرد یک ترانزیستور، مدار سوئیچینگ یک ترانزیستور امیتر مشترک را به عنوان مهمترین مدار سوئیچینگ در نظر می گیریم.
این طرح در شکل نشان داده شده است. روی نمودار VT- خود ترانزیستور مقاومت ها R b1و R b2- مدار بایاس ترانزیستور که یک تقسیم کننده ولتاژ معمولی است. این مدار است که تضمین می کند ترانزیستور بدون اعوجاج به "نقطه کاری" در حالت تقویت سیگنال هارمونیک منتقل می شود. مقاومت R به- مقاومت بار مرحله ترانزیستور، طراحی شده برای تامین جریان الکتریکی منبع تغذیه کلکتور ترانزیستور و محدود کردن آن در حالت ترانزیستور "باز". مقاومت R e- مقاومت فیدبک، به طور ذاتی امپدانس ورودی مرحله را افزایش می دهد، در حالی که بهره سیگنال ورودی را کاهش می دهد. خازن های C عملکرد جداسازی گالوانیکی را از تأثیر مدارهای خارجی انجام می دهند.
برای اینکه نحوه عملکرد ترانزیستور دوقطبی را برای شما واضح تر کنیم، یک قیاس با یک تقسیم کننده ولتاژ معمولی ترسیم می کنیم (شکل زیر را ببینید). اول، مقاومت R2تقسیم کننده ولتاژ را قابل کنترل (متغیر) می کنیم. با تغییر مقاومت این مقاومت، از صفر به مقدار بی نهایت بزرگ، می توانیم ولتاژی را در خروجی چنین مقسمی از صفر به مقداری که به ورودی آن عرضه می شود، بدست آوریم. حال تصور کنید که مقاومت R1تقسیم کننده ولتاژ مقاومت جمع کننده مرحله ترانزیستور و مقاومت است R2تقسیم کننده ولتاژ محل اتصال کلکتور-امیتر ترانزیستور است. در همان زمان، با اعمال یک عمل کنترلی به شکل جریان الکتریکی به پایه ترانزیستور، مقاومت اتصال کلکتور-امیتر را تغییر می دهیم و در نتیجه پارامترهای تقسیم کننده ولتاژ را تغییر می دهیم. تفاوت با مقاومت متغیر این است که ترانزیستور توسط جریان کم هدایت می شود. ترانزیستور دوقطبی اینگونه عمل می کند. موارد فوق در شکل زیر نشان داده شده است:
برای اینکه ترانزیستور در حالت تقویت سیگنال کار کند، بدون اینکه حالت دومی را تحریف کند، باید همین حالت عملیاتی را فراهم کرد. آنها در مورد جابجایی پایه ترانزیستور صحبت می کنند. متخصصان شایسته خود را با این قانون سرگرم می کنند: ترانزیستور با جریان کنترل می شود - این یک اصل است. اما حالت بایاس ترانزیستور توسط ولتاژ پایه-امیتر تنظیم می شود، نه با جریان - این یک واقعیت است. و برای کسی که ولتاژ بایاس را در نظر نمی گیرد، هیچ تقویت کننده ای کار نخواهد کرد. بنابراین در محاسبات باید مقدار آن در نظر گرفته شود.
بنابراین، عملکرد یک آبشار ترانزیستور دوقطبی در حالت تقویت در یک ولتاژ بایاس معین در محل اتصال پایه-امیتر رخ می دهد. برای یک ترانزیستور سیلیکونی، مقدار ولتاژ بایاس در محدوده 0.6 ... 0.7 ولت است، برای ژرمانیوم - 0.2 ... 0.3 ولت. با دانستن این مفهوم، نه تنها می توانید مراحل ترانزیستور را محاسبه کنید، بلکه سلامت هر مرحله تقویت کننده ترانزیستور را نیز بررسی کنید. کافی است ولتاژ بایاس پایه امیتر ترانزیستور را با یک مولتی متر با مقاومت داخلی بالا اندازه گیری کنید. اگر با 0.6 ... 0.7 ولت برای سیلیکون یا 0.2 ... 0.3 ولت برای ژرمانیوم مطابقت ندارد، در اینجا به دنبال نقص باشید - یا ترانزیستور معیوب است یا مدارهای بایاس یا جداسازی این مرحله ترانزیستور هستند. معیوب
موارد فوق در نمودار - مشخصه جریان-ولتاژ (CVC) نشان داده شده است.
اکثر "متخصصان" با نگاهی به CVC ارائه شده، خواهند گفت: چه نوع مزخرفی در نمودار مرکزی ترسیم شده است؟ پس مشخصه خروجی ترانزیستور شبیه نیست! در نمودار سمت راست نشان داده شده است! من جواب می دهم، همه چیز در آنجا درست است، اما با لوله های خلاء الکترون شروع شد. قبلاً مشخصه جریان ولتاژ لامپ افت ولتاژ در مقاومت آند در نظر گرفته می شد. اکنون آنها به اندازه گیری مقاومت کلکتور ادامه می دهند و در نمودار حروفی را که نشان دهنده افت ولتاژ در ترانزیستور است نسبت می دهند که در آنها عمیقا در اشتباه هستند. در نمودار سمت چپ من ب - تو باشمشخصه ورودی ترانزیستور ارائه شده است. در نمودار مرکزی من به - یو کهمشخصه جریان-ولتاژ خروجی ترانزیستور ارائه شده است. و در نمودار سمت راست I R – U Rنمودار جریان-ولتاژ مقاومت بار ارائه شده است R به، که معمولاً به عنوان مشخصه جریان-ولتاژ خود ترانزیستور ارائه می شود.
نمودار دارای یک بخش خطی است که برای تقویت خطی سیگنال ورودی استفاده می شود که توسط نقاط محدود شده است ولیو از جانب. نقطه وسط - AT، دقیقاً نقطه ای است که در آن لازم است یک ترانزیستور که در حالت تقویت کننده کار می کند قرار گیرد. این نقطه مربوط به ولتاژ بایاس خاصی است که معمولاً در محاسبات گرفته می شود: 0.66 ولت برای ترانزیستور سیلیکونی یا 0.26 ولت برای ترانزیستور ژرمانیوم.
با توجه به مشخصه جریان-ولتاژ ترانزیستور، موارد زیر را مشاهده می کنیم: در صورت عدم وجود یا ولتاژ بایاس کم در محل اتصال بیس-امیتر ترانزیستور، جریان پایه و جریان کلکتور وجود ندارد. در این لحظه، کل ولتاژ منبع تغذیه در محل اتصال کلکتور-امیتر کاهش می یابد. با افزایش بیشتر ولتاژ بایاس پایه-امیتر ترانزیستور، ترانزیستور شروع به باز شدن می کند، جریان پایه ظاهر می شود و جریان کلکتور با آن افزایش می یابد. پس از رسیدن به "منطقه کاری" در نقطه از جانب، ترانزیستور وارد حالت خطی می شود که تا نقطه ادامه می یابد ولی. در این حالت، افت ولتاژ در محل اتصال کلکتور-امیتر و در مقاومت بار کاهش می یابد. R به، برعکس، افزایش می یابد. نقطه AT- نقطه کار بایاس ترانزیستور، نقطه ای است که در آن، به طور معمول، افت ولتاژی معادل دقیقاً نصف ولتاژ منبع تغذیه در محل اتصال کلکتور-امیتر ترانزیستور تنظیم می شود. بخش پاسخ فرکانس از یک نقطه از جانب، به نقطه ولیفضای کاری جابجایی نامیده می شود. بعد از نقطه ولی، جریان پایه و بنابراین جریان کلکتور به شدت افزایش می یابد ، ترانزیستور کاملاً باز می شود - وارد اشباع می شود. در این لحظه، در محل اتصال کلکتور-امیتر، ولتاژ ناشی از سازه کاهش می یابد n-p-nانتقال، که تقریباً برابر با 0.2 ... 1 ولت است، بسته به نوع ترانزیستور. تمام ولتاژهای دیگر منبع تغذیه بر روی مقاومت بار ترانزیستور - مقاومت کاهش می یابد R به.، که افزایش بیشتر جریان کلکتور را نیز محدود می کند.
با توجه به شکل های "اضافی" پایین تر، می بینیم که چگونه ولتاژ در خروجی ترانزیستور بسته به سیگنال اعمال شده به ورودی تغییر می کند. ولتاژ خروجی (افت ولتاژ کلکتور) ترانزیستور خارج از فاز (180 درجه) به سیگنال ورودی است.
محاسبه آبشار ترانزیستور با امیتر مشترک (CE)
قبل از شروع مستقیم به محاسبه آبشار ترانزیستور، اجازه دهید به الزامات و شرایط زیر توجه کنیم:
محاسبه آبشار ترانزیستور، به عنوان یک قاعده، از انتها (یعنی از خروجی) انجام می شود.
برای محاسبه مرحله ترانزیستور، باید افت ولتاژ را در محل اتصال کلکتور-امیتر ترانزیستور در حالت استراحت (زمانی که سیگنال ورودی وجود ندارد) تعیین کنید. به گونه ای انتخاب می شود که بدون تحریف ترین سیگنال به دست آید. در مرحله ترانزیستور تک چرخه که در حالت "A" کار می کند، این معمولاً نصف ولتاژ منبع تغذیه است.
دو جریان در مدار امیتر ترانزیستور جریان دارد - جریان کلکتور (در طول مسیر کلکتور-امیتر) و جریان پایه (در امتداد مسیر بیس-امیتر)، اما از آنجایی که جریان پایه به اندازه کافی کوچک است، می توان آن را نادیده گرفت و فرض کرد. که جریان کلکتور برابر با جریان امیتر است.
ترانزیستور یک عنصر تقویت کننده است، بنابراین منصفانه است که بگوییم توانایی آن در تقویت سیگنال ها باید با مقداری بیان شود. مقدار بهره توسط یک نشانگر برگرفته از تئوری چهار قطبی - ضریب تقویت جریان پایه در مدار سوئیچینگ با یک امیتر مشترک (OE) بیان می شود و نشان داده می شود - ساعت 21. مقدار آن در کتاب های مرجع برای انواع خاصی از ترانزیستورها و معمولاً یک دوشاخه در کتاب های مرجع آورده شده است (به عنوان مثال: 50 - 200). برای محاسبات، حداقل مقدار معمولا انتخاب می شود (از مثال، مقدار را انتخاب می کنیم - 50).
گردآورنده ( R به) و امیتر ( R e) مقاومت ها بر مقاومت های ورودی و خروجی مرحله ترانزیستور تأثیر می گذارد. می توانیم امپدانس ورودی آبشار را فرض کنیم R در \u003d R e * h 21، و خروجی است R out \u003d R به. اگر به مقاومت ورودی مرحله ترانزیستور اهمیت نمی دهید، اصلاً می توانید بدون مقاومت انجام دهید. R e;
رتبه بندی مقاومت R بهو R eجریان های عبوری از ترانزیستور و توان تلف شده توسط ترانزیستور را محدود کنید.
ترتیب و مثال محاسبه آبشار ترانزیستور با OE
اطلاعات اولیه:
ولتاژ تغذیه یو آی پی= 12 ولت
ما یک ترانزیستور را انتخاب می کنیم، به عنوان مثال: Transistor KT315G، برای آن:
Pmax= 150 میلی وات؛ ایمکس= 150 میلی آمپر؛ ساعت 21>50.
تایید کنید R تا \u003d 10 * R e
ما ولتاژ b-e نقطه کار ترانزیستور را می پذیریم تو بای= 0.66 V
راه حل:
1. اجازه دهید حداکثر توان استاتیکی را که توسط ترانزیستور در لحظات عبور سیگنال متناوب از نقطه عملیاتی B حالت استاتیک ترانزیستور تلف می شود، تعیین کنیم. این باید مقداری باشد که 20 درصد کمتر (ضریب 0.8) از حداکثر توان ترانزیستور ذکر شده در کتاب مرجع باشد.
تایید کنید P ras.max \u003d 0.8 * P max\u003d 0.8 * 150 مگاوات \u003d 120 مگاوات
2. تعیین جریان کلکتور در حالت استاتیک (بدون سیگنال):
I k0 \u003d P ras.max / U ke0 \u003d P ras.max / (U i.p. / 2)= 120mW/(12V/2) = 20mA.
3. با توجه به اینکه نیمی از ولتاژ تغذیه در ترانزیستور در حالت استاتیک کاهش می یابد (بدون سیگنال)، نیمه دوم ولتاژ تغذیه در مقاومت ها کاهش می یابد:
(R k + R e) \u003d (U i.p. / 2) / I k0\u003d (12 ولت / 2) / 20 میلی آمپر \u003d 6 ولت / 20 میلی آمپر \u003d 300 اهم.
با توجه به محدوده موجود مقادیر مقاومت و همچنین این واقعیت که ما نسبت را انتخاب کرده ایم R تا \u003d 10 * R e، مقادیر مقاومت ها را پیدا می کنیم:
R به= 270 اهم؛ R e= 27 اهم
4. ولتاژ کلکتور ترانزیستور را بدون سیگنال پیدا کنید.
U k0 \u003d (U ke0 + I k0 * R e) \u003d (U i.p. - I k0 * R k)\u003d (12 ولت - 0.02 آمپر * 270 اهم) \u003d 6.6 ولت.
5. بیایید جریان پایه کنترل ترانزیستور را تعیین کنیم:
I b \u003d I به / h 21 \u003d / h 21= / 50 = 0.8 میلی آمپر.
6. جریان پایه کل توسط ولتاژ بایاس پایه تعیین می شود که توسط یک تقسیم کننده ولتاژ داده می شود. R b1,R b2. جریان تقسیم کننده پایه مقاومتی باید بسیار بیشتر (5-10 برابر) از جریان کنترل پایه باشد. من ببه طوری که دومی بر ولتاژ بایاس تأثیر نمی گذارد. جریان تقسیم کننده را 10 برابر بیشتر از جریان کنترل پایه انتخاب می کنیم:
R b1,R b2: من مورد. \u003d 10 * I ب= 10 * 0.8 میلی آمپر = 8.0 میلی آمپر.
سپس مقاومت کل مقاومت ها
R b1 + R b2 \u003d U i.p. / I div.= 12 ولت / 0.008 A = 1500 اهم.
7. ولتاژ امیتر را در حالت استراحت (بدون سیگنال) پیدا کنید. هنگام محاسبه مرحله ترانزیستور، باید در نظر گرفت: ولتاژ پایه-امیتر ترانزیستور کار نمی تواند از 0.7 ولت تجاوز کند! ولتاژ در امیتر در حالت بدون سیگنال ورودی تقریباً برابر است با:
U e \u003d I k0 * R e\u003d 0.02 A * 27 Ohm \u003d 0.54 V،
جایی که من k0جریان ساکن ترانزیستور است.
8. ولتاژ پایه را تعیین کنید
U b \u003d U e + U باشد=0.54V+0.66V=1.2V
از اینجا، از طریق فرمول تقسیم کننده ولتاژ، متوجه می شویم:
R b2 \u003d (R b1 + R b2) * U b / U i.p.= 1500 اهم * 1.2 ولت / 12 ولت = 150 اهم R b1 \u003d (R b1 + R b2) -R b2\u003d 1500 اهم - 150 اهم \u003d 1350 اهم \u003d 1.35 کیلو اهم.
با توجه به سری مقاومت، با توجه به اینکه از طریق مقاومت R b1جریان پایه نیز جریان می یابد، ما مقاومت را در جهت کاهش انتخاب می کنیم: R b1\u003d 1.3 کیلو اهم.
9. خازن های جداکننده بر اساس پاسخ فرکانسی مورد نیاز (پهنای باند) آبشار انتخاب می شوند. برای عملکرد عادی مراحل ترانزیستور در فرکانس های تا 1000 هرتز، انتخاب خازن هایی با مقدار اسمی حداقل 5 μF ضروری است.
در فرکانس‌های پایین، مشخصه دامنه فرکانس (AFC) آبشار به زمان شارژ خازن‌های جداسازی از طریق سایر عناصر آبشار، از جمله عناصر آبشارهای مجاور، بستگی دارد. ظرفیت خازن باید به گونه ای باشد که خازن ها زمان شارژ مجدد نداشته باشند. مقاومت ورودی مرحله ترانزیستور بسیار بیشتر از مقاومت خروجی است. پاسخ فرکانسی آبشار در ناحیه فرکانس پایین با ثابت زمانی تعیین می شود t n \u003d R در * C اینچ، جایی که R در \u003d R e * h 21, سی درظرفیت ورودی جداکننده آبشار است. C بیرونمرحله ترانزیستور، آن سی درآبشار بعدی و به همین ترتیب محاسبه می شود. فرکانس قطع پایین آبشار (فرکانس قطع پاسخ فرکانسی) f n \u003d 1 / t n. برای تقویت با کیفیت بالا، هنگام طراحی یک آبشار ترانزیستور، باید به گونه ای انتخاب شود که نسبت 1/t n \u003d 1 / (R in * C in)<
محاسبه حالت کلید آبشار ترانزیستور دقیقاً به همان روشی که قبلاً محاسبه آبشار تقویت کننده انجام شده است انجام می شود. تنها تفاوت این است که حالت کلید دو حالت ترانزیستور را در حالت استراحت (بدون سیگنال) در نظر می گیرد. یا بسته است (اما کوتاه نیست) یا باز (اما بیش از حد اشباع نشده). در همان زمان، نقاط کار "استراحت" خارج از نقاط A و C نشان داده شده در CVC هستند. هنگامی که ترانزیستور باید در مدار در حالت بدون سیگنال بسته شود، لازم است که مقاومت را از مدار آبشاری که قبلا نشان داده شده بود، بردارید. R b1. اگر لازم است ترانزیستور در حالت استراحت باز باشد، باید مقاومت را در مدار آبشاری افزایش داد. R b2 10 برابر مقدار محاسبه شده و در برخی موارد می توان آن را از طرح حذف کرد.
محاسبه آبشار ترانزیستور به پایان رسیده است.