Практична робота "Розрахунок підсилювача на транзисторі"

Практична робота № 1

Тема: Розрахунок підсилювача на транзисторі.

Мета: Навчитися розраховувати підсилювач на транзисторі та визначати коефіцієнти підсилення по напрузі, по струму і по потужності.

Матеріально-технічне та навчально-методичне забезпечення:

1.                    Аркуш А4 або зошит для практичних робіт.
2.                    Креслярські прилади.
3.                    Калькулятор.

Теоретичні відомості:

Останнім часом в суднових системах автоматики широкого поширення набули підсилювачі на транзисторах, що володіють рядом переваг в порівнянні з ламповими (електронними) підсилювачами. Так само, як і електронні підсилювачі, складні підсилювальні схеми на транзисторах складаються з окремих каскадів.

Існує три типи транзисторних підсилювачів: із загальним емітером, із загальною базою і з загальним колектором.

У підсилювачах, використовуваних в судновий автоматиці, в вимірювальних та обчислювальних системах найбільшого поширення набули схеми каскадів із загальним емітером. Ці схеми забезпечують досить велике посилення як по напрузі, так і по струму. Схеми ж з загальної базою забезпечують посилення тільки по напрузі, а схеми із загальним колектором - тільки по струму.

На рис. 1 приведена типова схема транзисторного підсилювача з загальним емітером.

Рис. 1 Схема транзисторного підсилювача з загальним емітером

Вхідна напруга Uвх подається на підсилювач між базою і емітером транзистора, а вихідна напруга Uвих знімається між колектором і емітером. Емітер є загальним електродом для вхідного і вихідного ланцюгів. Резистор в ланцюзі бази Rб забезпечує струм бази Іб, який визначає положення робочої точки транзистора. На колекторному резисторі Rк виділяється вихідна змінна напруга, рівна Uвих = Ік~Rк.

Конденсатор Сс на виході підсилювача забезпечує відділення змінної складової напруги Uвих від постійної складової колекторної напруги.

При відсутності вхідної напруги Uвх в ланцюзі бази протікає постійний струм І_б0 та в ланцюзі колектору постійний струм Ік. Між колектором і емітером встановлюється постійна негативна напруга U_к0.

При подачі вхідної змінної напруги струм бази починає пульсувати, тобто, до постійної складової Іб прибавляється змінна складова, обумовлена ​​прикладеною змінною напругою. Пульсуючий струм бази викликає збільшені пульсації струму колектору, а отже, і колекторної напруги, так як зміни струму колектору призводять до зміни падіння напруги на резисторі в ланцюзі колектору Rк. Змінна складова колекторної напруги через конденсатор Сс подається на вихід схеми. У той же час конденсатор Сс не пропускає на резистор навантаження Rн постійну складову колекторної напруги.

Вхідний опір підсилювального каскаду з загальним емітером складає величину від декількох сотень омів до декількох кілоомів. Вихідний опір досягає декількох десятків кілоомів. У зв'язку з цим при експлуатації транзисторних підсилювачів слід звертати увагу на величину внутрішнього опору джерела вхідного сигналу і опір навантаження Rн. В якості прикладу виконаємо розрахунок транзисторного підсилювача по схемі, приведеній на рис. 1.

Для температурної компенсації живлення в ланцюг бази через резистор Rб подається не з негативного полюса джерела живлення, а з затискача колектору . У цьому випадку зміна струму колектору, викликана зміною температури, викликає протилежну зміну напруги в ланцюзі струму бази, і змінившийся базовий струм перешкоджає зміні струму колектору. В результаті зміна струму колектору через температуру значно зменшується. Однак таке включення резистора Rб представляє собою негативний зворотний зв'язок. Для того щоб цей зв'язок не зменшував посилення, необхідно не допустити в ланцюг бази змінну складову напруги із ланцюга колектору. З цією метою резистор Rб поділяють на дві частини і точку між ними з'єднують з позитивним полюсом джерела живлення через фільтруючий конденсатор Сф.

Опір Rб може бути підрахований по формулі

Коефіцієнт посилення підсилювача можна знайти виходячи з наведених характеристик, як відношення амплітудних значень вихідної і вхідної напруги:

Хід роботи:

1. Ознайомитися з схемою транзисторного підсилювача з загальним емітером

2. Ознайомитися з характеристиками транзистору П26А.

2. Розглянути приклад виконання задачі по розрахунку підсилювача на тиристорі П26А.

Приклад розрахунку. Розрахувати підсилювач на транзисторі П26А при Ек = 60В і частоті сигналу f = 50 Гц. Визначити коефіцієнти посилення по напрузі k_u, по струму k_i і по потужності k_р при r_вн = 1 кОм і Rн = 5 кОм.

На рис. 1 наведені вхідна і вихідна характеристики транзистора П26А. Довідкові параметри транзистора: h₁₁ = 900 Ом, h₂₁ = 30, h₂₂ = 10^-5 сим / м.

Опір Rк вибираємо рівним 5 кОм і будуємо лінію навантаження аб. Робоча точка вибирається в середині робочої ділянки лінії навантаження. По вихідним характеристикам визначаємо: U_к0 = -25 В, Ік - 7 мА, І_б0 = 200 мкА, по вхідній - U_б0 = -0.18 В. Опір в ланцюзі бази дорівнює

При цьому . Опір конденсатора фільтра має бути значно менше опору бази Rб (в 10 раз). Ця умова враховується при визначенні місткості конденсатора фільтра

Коефіцієнт посилення але напрузі ненавантаженого підсилювача дорівнює

Вхідний опір

Вихідний опір

Реальні коефіцієнти підсилення:

- по напрузі

- по струму

- по потужності

Рис. 1 Вхідна (а) і вихідні (б) характеристики транзистора П26А

Па практиці використовуються багатокаскадні транзисторні підсилювачі з набагато більш високими коефіцієнтами підсилення.

Контрольні питання:

1. Вкажіть типи транзисторних підсилювачів.

2. Які підсилювачі найбільш поширені в судновій автоматиці?

3. Надайте формулу для розрахунку Rб.

4. Що таке k_u, k_i, k_p і як їх розрахувати?

5. Які підсилювачі використовуються на практиці і чому?

Література

1. Самойлов В.Г. Автоматизация судовых электроустановок. «Судостроение», 1972. – 288с.

2. Осокин Б.В., Хайдуков О.П. Электрооборудование судов. Учебник для вузов. – 2-е изд. перераб. и доп. – М., Транспорт, 1982. – 352 с.