Курсовая работа: Розробка схеми двокаскадного підсилювача з безпосереднім звязком

1.1 Загальні відомості про підсилювачі

Підсилювачі є одним з найпоширеніших електронних пристроїв, застосовуваних у системах автоматики і радіосхемах. Підсилювачі підрозділяються на підсилювачі попередні (підсилювачі напруги) і підсилювачі потужності. Попередні транзисторні підсилювачі, як і лампові, складаються з одного або декількох каскадів посилення. При цьому всі каскади підсилювача мають загальні властивості, розходження між ними може бути тільки кількісне: різні струми, напруги, різні значення резисторів, конденсаторів і т.п..

Для каскадів попереднього підсилювача найбільш поширені резистивные схеми (з реостатно-ємнісним зв'язком). У залежності від способу подачі вхідного сигналу й одержання вихідного сигналу підсилювальні схеми одержали наступні назви:

1) із загальною базою ЗБ (рис. 1, а);

2) із загальним колектором ЗК (эмиттерный повторювач) (рис. 1, б);

3) із загальним эмиттером - ЗЕ (рис. 1, в).

Рис. 1, а

Рис. 1, б

Рис. 1, в

Найбільш розповсюдженої є схема з ЗЕ. Схема з ЗБ у попередніх підсилювачах зустрічається рідко. Эмиттерный повторювач володіє найбільшим із усіх трьох схем вхідним і найменший вихідним опорами, тому його застосовують при роботі з високоомними перетворювачами як перший каскад підсилювача, а також для узгодження з низькоомним навантажувальним резистором. У табл. 1 дається зіставлення різних схем включення транзисторів.

Таблиця 1 – Параметри підсилювачів

Параметри	з загальною базою (ЗБ)	із загальним эмиттером (ЗЕ)	із загальним колектором (ЗK)
Коефіцієнт підсилення по напрузі	30-400	30-1000	< 1
Коефіцієнт підсилення по струму	< 1	10-200	10-200
Коефіцієнт підсилення по потужності	30-400	3000-30000	10-200
Вхідний опір	50-100 Ом	200-2000 Ом	10-500 кОм
Вихідний опір	0,1-0,5 МОм	30-70 кОм	50-100 Ом

1.2 Призначення елементів і принцип роботи підсилювального каскаду за схемою з ЗЕ

Існує безліч варіантів виконання схеми підсилювального каскаду на транзисторі ЗЕ. Це обумовлено головним чином особливостями завдання режиму спокою каскаду. Особливості підсилювальних каскадів,розглянемо на прикладі схеми рисунока 2, що одержала найбільше застосування при реалізації каскаду на дискретних компонентах. Основними елементами схеми є джерело живлення, керований елемент - транзистор і резистор. Ці елементи утворюють головний ланцюг підсилювального каскаду, у який за рахунок протікання керованого по ланцюгу бази колекторного струму створюється посилена змінна напруга на виході схеми. Інші елементи каскаду виконують допоміжну роль.

Конденсатор виключає шунтування вхідного ланцюга каскаду ланцюгом джерела вхідного сигналу по постійному струму, що дозволяє, по-перше, виключити протікання постійного струму через джерело вхідного сигналу по ланцюгу і, по-друге, забезпечити незалежність від внутрішнього опору цього джерела напруги на базі в режимі спокою. Функція конденсатора зводиться до пропускання в ланцюг навантаження змінної складової напруги і затримці постійної складової.

Рис.2

Резистори R₁ і R₂ використовуються для завдання режиму спокою каскаду. Оскільки біполярний транзистор керується струмом, струм спокою керованого елемента (в данному випадку струм ) створюється завданням відповідної величини струму бази спокою . Резистор призначений для створення ланцюга протікання струму . Разом з резистор забезпечує вихідна напруга на базі відносно ”+” джерела живлення.

Резистор є елементом негативного зворотного зв'язку, призначеним для стабілізації режиму спокою каскаду при зміні температури. Температурна залежність параметрів режиму спокою обумовлюється залежністю колекторного струму спокою від температури. Основними причинами такої залежності є зміни від температури початкового струму колектора , напругиі кофіціента . Температурна нестабільність зазначених параметрів приводить до прямої залежності струму від температури. При відсутності заходів для стабілізації струму , його температурні зміни викликають зміну режиму спокою каскаду, що може привести, як буде показано далі, до режиму роботи каскаду в нелінійній області характеристик транзистора і перекручуванню форми кривої вихідного сигналу. Імовірність появи перетворювань підвищується зі збільшенням амплітуди вихідного сигналу. Прояв негативного зворотного зв'язку і його стабілізуючої дії на струм неважко показати безпосередньо на схемі рис. 2. Припустимо, що під впливом температури струм збільшився. Це відбивається на збільшенні струму , підвищенні напруги і відповідно зниженні напруги . Струм бази зменшується, викликаючи зменшення струму , чим створюється перешкода збільшенню струму. Іншими словами, що стабілізуюча дія негативного зворотного зв'язку, створюваної резистором , виявляється в тому, що температурні зміни параметрів режиму спокою передаються ланцюгом зворотного зв'язку в протифазі на вхід каскаду, перешкоджаючи тим самим зміні струму , а, отже, і напрузі .

Конденсатор шунтує резистор по змінному струму, крім тих самим прояв негативного зворотного зв'язку в каскаді по змінним складовим. Відсутність конденсатора привела б до зменшення коефіцієнтів підсилення схеми.

Назва схеми "із загальним эмиттером" означає, що вивод емітера транзистора по змінному струму є загальним для вхідної і вихідний ланцюга каскаду. Принцип дії каскаду ЗЕ полягає в наступному. При наявності постійних складових струмів і напруг у схемі подача на вхід каскаду змінної напруги приводить до появи змінної складової струму бази транзистора, а, отже, змінного складового струму у вихідному ланцюзі каскаду (у колекторному струмі транзистора). За рахунок спадання напруги на резисторі створюється змінна складової напруги на колекторі, що через конденсатор передається на вихід каскаду - у ланцюг навантаження.

Рис.3

Розглянемо основні положення, на яких базується розрахунок елементів схеми каскаду, призначених для забезпечення необхідних параметрів режиму спокою (розрахунок по постійному струму). Аналіз каскаду по постійному струму проводять графоаналітичним методом, заснованим на використанні графічних побудов і розрахункових співвідношень. Графічні побудови проводяться за допомогою вихідних (колекторних) характеристик транзистора (рис. 3, а). Зручність методу полягає в наочності перебування зв'язку параметрів режиму спокою каскада і амплітудними значеннями його змінних складових (вихідного напруги і струму ), щоє вихідними при розрахунку каскаду.

На вихідних характеристиках мал. 3, а проводять так називану лінію навантаження каскаду по постійному струмі, що представляє собою геометричні місця крапок, координати яких відповідають можливим значенням крапки (режиму) спокою каскаду. У зв'язку з цим побудова лінії навантаження каскаду по постійному струмі зручно провести по двох крапках, що характеризує режим холостого ходу (крапка) і режим спокою (крапка) вихідного ланцюга каскаду (рис. 3, а).

Для точки ”а” ,