Курсовая работа: Розробка схеми двокаскадного підсилювача з безпосереднім звязком

,

де вибирають з умови роботи транзистора в режимі відсічки напруга на колекторі, що відповідає області нелінійних початкових ділянок вихідних характеристик транзистора. Визначивши координати точки знаходимо значення струму бази , відповідному режимові спокою, і визначаємо координати точки на вхідній характеристиці (рис. 3, б).

При визначенні змінних складових вихідної напруги каскаду і колекторного струму транзистора використовують лінію навантаження каскаду по змінному струму. При цьому необхідно врахувати, що по змінному струму опір у ланцюзі эмиттера транзистора дорівнює нулеві, тому що резистор шунтуєтся конденсатором , а до колекторного ланцюга підключається навантаження, оскільки опір конденсатора по перемінному струмі мало. Якщо до того ж врахувати, що опір джерела живленя по змінному струму також близько до нуля, то виявиться, що задача визначення цих показників вирішується при розрахунку підсилювального каскаду по змінному струму. Метод розрахунку заснований на заміні транзистора і всього каскаду його схемою заміщення по змінному струму. Схема заміщення каскаду ЗЕ приведена на рис. 4, де транзистор представлений його схемою заміщення у фізичних параметрах. Опір каскаду по змінному струму визначається опорами резисторів и , включених параллельно, тобто║. Опір навантаження каскаду по постійному струму більше, ніж по змінному струму ║.

Рис.4

Оскільки при наявності вхідного сигналу напруга і струм транзистора являють собою суми постійна і змінна складових, лінія навантаження по змінному струму проходить через крапку спокою (рис. 3, а). Нахил лінії навантаження по змінному струму буде більше, ніж по постійному. Лінію навантаження по змінному струму будують по відношенню збільшень напруги до струму: .

1.3 Параметри підсилювачів

Розглянемо транзистор, включений за схемою ЗЕ з навантаженням у колекторному ланцюзі. Якщо на вхід такого каскаду подати перемінну напругу, то під час позитивної напівхвилі вхідного сигналу буде створюватися струм бази, що викликає струм колектора Ік =bіб + Ік0(1+b). Під час негативної напівхвилі перехід база-эмиттер буде зміщений у зворотному напрямку. Струм бази буде при цьому близький до нуля. Струм колектора зміняться не буде і буде дорівнювати Ік0.

Для забезпечення посилення транзистором разнополярного сигналу необхідно послідовно з джерелом сигналу включити в базовий ланцюг джерело постійної напруги, при цьому напруга Uбэ буде складатися з U0 - напруги зсуву і перемінного вхідного сигналу Uвх (t). Величина U0 повинна бути такий, щоб перехід база-емітер був завжди зміщений у прямому напрямку, тобто повинне виконаються умова U0 > Umвх. Напруга Uбэ буде робити коливання щодо постійної складової U0.Це викликає коливання струму бази відносно І0б.Струм І0б називають струмом зсуву. Зміна струму бази викликає зміну струму колектора і напруги на ньому, описуване рівнянням навантажувальної прямої: Uкэ = Eк - Ік Rк. Якщо вхідний сигнал відсутній, і в ланцюзі бази протікає тільки струм зсуву, то для визначення струму колектора, що відповідає струму І0б необхідно знайти крапку перетинання тієї вихідної характеристики з навантажувальної прямої, що відповідає І0б. Цій крапці будуть відповідати струм спокою колектора І0 і напруга спокою колектора U0, що будуть діяти у вихідному ланцюзі при відсутності вхідного сигналу.

При зростанні вхідного сигналу до Uвхmax струм бази зросте до Ібmax. При цьому робоча крапка з вихідного положення буде переміщатися нагору до перетинання з характеристикою, що відповідає Ібmax; струм колектора зросте до Ікmax; напруга на колекторі зменшиться до Uкmіn. При зниженні сигналу до нуля, робоча крапка повернеться в колишнє положення. Під час негативної напівхвилі сигналу струм бази зменшиться до Ібmіn і робоча крапка переміститься в крапку, що відповідає Ікmіn на навантажувальній прямій. Таким чином, при коливаннях вхідного сигналу Uвх(t) відносно U0 будуть робити коливання і струм колектора щодо струму спокою І0 і напруга колектора щодо напруги спокою U0к. При цьому позитивній напівхвилі вхідного сигналу Uвх(t) буде відповідати негативна напівхвиля вихідного сигналу Uк. Тобто схема ЗЕ інвертує вхідний сигнал. Для забезпечення однакової можливості посилення як позитивної, так і негативної напівхвиль вхідного сигналу робоча крапка на навантажувальній прямій повинна знаходиться на її середині. Режим роботи транзистора в підсилювальному каскаді характеризується струмом і напругою спокою, тобто вихідних положень робочої крапки на навантажувальній прямій. Виходячи з цього розрізняють:

1) Режим класу А: Робоча крапка знаходиться близько до середини навантажувальної прямої. При цьому транзистор однаково підсилює як позитивну, так і негативну напівхвилю сигналу. Нелінійні перекручування мінімальні.

2) Режим класу В: Робоча крапка в крайнім нижнім положенні. Підсилюються тільки позитивні напівхвилі, тому що негативні замикають перехід база-эмиттер. Це викликає великі перекручування сигналу, тому цей режим використовується в так званих двотактних каскадах, де один транзистор працює на позитивній напівхвилі, а іншої на негативній. Перевагою цього режиму є висока економічність у порівнянні з режимом А.

3) Режим класу АВ: Робоча крапка знаходиться в проміжку між положеннями, що відповідають режимам А и В. Відбувається посилення всієї позитивної і частини негативної напівхвилі. Застосовується в двотактних каскадах і дозволяє значно знизити коефіцієнт гармонік.

4) Режим класу С: У цьому режимі на базу транзистора подається зворотний зсув. При цьому підсилюються тільки частини позитивних напівхвиль, що перевершують напругу зсуву. Режим застосовується, коли не пред'являються вимоги до обмеження перекручувань, і має високу економічність. Робоча крапка знаходиться в положенні, що відповідає режимові В.

5) Режим класу D: У цьому режимі робоча крапка на навантажувальній прямій може знаходиться тільки в двох положеннях: або в крайньому лівому, або в крайньому нижньому. Перехід з одного положення в інше здійснюється дуже швидко. Застосовується в імпульсних і перемикаючих схемах.

Для забезпечення того або іншого режиму необхідно забезпечити обране положення робочої крапки на навантажувальній прямій, що здійснюється за рахунок вибору відповідного струму і напруги зсуву в ланцюзі бази. Для режиму В зсуви не потрібні.

У підсилювачах електричних сигналів зв'язку між каскадами, з навантаженням, із джерелом живлення можуть здійснюватися різними способами. У підсилювачах постійного струму, у яких нижня гранична частота дорівнює нулеві, цей зв'язок повинний бути безпосередньої (гальванічної) - пропускати як сигнали змімінного, так і постійного струму. У підсилювачах змінного струму зв'язок може здійснюватися за допомогою трансформаторів і емностей. Розглянемо підсилювач постійного струму на транзисторі, включеному за схемою ЗЕ з ємнісним зв'язком між джерелом сигналу і входом підсилювача і між виходом і навантаженням (рис.5)

На рис.5:

Rк - колекторний опір транзистора, на якому виділяється вихідний посилений сигнал;

R1 і R2 - дільник, що забезпечує фіксовану напругу зсуву бази;

Rэ - здійснює температурну стабілізацію транзистора негативним зворотним зв'язком (знз) по постійному струмі;

Сэ - шунтуюча ємність, що запобігає ЗНЗ по змінному посилюваному сигналу;

Ср1 - розділова ємність, що розділяє ланцюг джерела сигналу і вхідний ланцюг транзистора за постійним струмом, і здійснюючий їхній зв'язок по змінному сигналу;

Ср2 - розділова ємність, що розділяє вихідний ланцюг транзистора і навантаження по постійному струму, і здійснює їхній зв'язок по змінному.

Рис. 5

Як відомо, транзистор має три виводи, але тільки один з них виявляється загальним для входу і виходу. Таким чином, загальною точкою може бути один із трьох електродів: эмиттер, база, колектор. У даній курсовій роботі вихідний і вихідний каскад включені за схемою з загальним емітером.

2. Розрахунок підсилювача

2.1 Розрахунок режиму роботи транзистора другого каскаду по постійному струму і вибір пасивних елементів схеми: резисторів, конденсаторів