Федерална агенция за образование на Руската федерация
Уфимски държавен авиационен технически университет
Клон Кумертау
Отдел БКП
Курсова работа
В дисциплината "Електроника"
Изпълнил: студент от група АТПП-304
Игнатиев И.А.
Проверява: учител
Зимин Н.В.
Кумертау 2010 г
Въведение
1. Основни понятия
1.1 усилвател
1.3 h-параметри на биполярни транзистори
1.4 Параметри на транзистора P14
2. Изчисляване на параметрите и описание на електрическата схема на устройството
2.1 Избор на работна точка
2.2 Определяне на коефициентите на усилване на транзистора P 14
2.3 Изчислете входното и изходното съпротивление на транзистора P 14
2.4 Изчисляване на елементите на усилвателя
2.5 Изчисляване на капацитета на кондензатора
Заключение
Библиография
Въведение
В тази курсова работа се анализират различни схеми за термична стабилизация. По време на процеса на проектиране направихме аналитично изчисление на усилвателя и неговите конструктивни опции.
В тази работа изчислихме елементите на едностъпален усилвател по схема с обща база и изчислихме факторите на усилване за ток, напрежение и мощност, входно и изходно съпротивление.
В резултат на изчислението беше разработен нискочестотен усилвател с определени изисквания и стойности на елементите, който може да се използва за практически приложения.
Получените данни могат да се използват за създаване на реални устройства за усилване.
1. Основни понятия
1.1 усилвател
При решаването на много инженерни проблеми, например при измерване на електрически и неелектрически величини, получаване на радиосигнали, наблюдение и автоматизиране на технологични процеси, има нужда от усилване на електрически сигнали. Усилвателите служат за тази цел.
Усилвателят е устройство, което увеличава енергията на управляващия сигнал, използвайки енергията на спомагателен източник. Входният сигнал е като шаблон, по който се регулира потокът на енергия от източника към потребителя.
Съвременните усилватели, широко използвани в индустриалната електроника, обикновено използват биполярни и полеви транзистори, а напоследък интегрални схеми. Усилвателите на микросхемите са много надеждни и икономични, имат висока скорост на работа, имат изключително малко тегло и размери и висока чувствителност. Те ви позволяват да усилите много слаби електрически сигнали.
По опростен начин усилвателят (стъпалото на усилвателя) може да бъде представен под формата на блокова схема (фиг. 1.):
Този усилвател съдържа нелинеен управляван елемент, обикновено биполярен или полеви транзистор, консуматор и източник на електрическа енергия. Етапът на усилвателя има входна верига, към която се подава входното напрежение (усиленият сигнал), и изходна верига за генериране на изходното напрежение (усиленият сигнал). Усиленият сигнал има значително по-голяма мощност от входния сигнал. Мощността на сигнала се увеличава поради източника на електрическа енергия. Процесът на усилване се осъществява чрез промяна на съпротивлението на нелинейния управляван елемент и следователно на тока в изходната верига под въздействието на входното напрежение или ток. Изходното напрежение се отстранява от управлявания или потребителя. По този начин усилването се основава на преобразуването на електрическа енергия от постоянен източник на ЕМП в енергията на изходния сигнал чрез промяна на съпротивлението на управлявания елемент според закона, определен от входния сигнал.
Основните параметри на усилвателното стъпало са усилване на напрежението Ku= ти вън / Uin, текущо усилване K аз = аз излязох / аз въвеждамИ усилване на мощността
Обикновено в етапите на усилвателя и трите печалби са значително по-големи от единица. Въпреки това, в някои етапи на усилвател, едно от двете печалби може да бъде по-малко от единица, т.е. ДА СЕ U <1 или К I <1. Но в любом случае коэффициент усиления по мощности больше единицы.
В зависимост от това какъв параметър на входния сигнал (напрежение, ток или мощност) трябва да се увеличи с помощта на усилвателното стъпало, се разграничават стъпалата на усилвателя на напрежението, тока и мощността. Етапът на усилване на напрежението има усилване, обикновено равно на няколко десетки. В инженерната практика често е необходимо да се получи значително по-високо усилване на напрежението, достигащо няколко хиляди и дори милиони. За решаването на този проблем се използват многостъпални усилватели, при които всеки следващ етап е свързан към изхода на предишния.
В зависимост от вида на усилваните сигнали, усилвателите се делят на:
1. Усилватели на хармоничен сигнал
(звукови сигнали във формата U (t) =U O +∑Ui*cos (ωt+φ);
2. Усилватели на импулсен сигнал.
3. DC и AC усилватели.
4. Ниско и високочестотни усилватели (20Hz - 20KHz).
5. Високочестотни усилватели.
6. Теснолентови и широколентови усилватели.
7. Селективни усилватели.
8. Апериодични усилватели.
Методи на свързване(Връзките) на етапите зависят от многостъпалния усилвател. По този начин в усилвателите с постоянен ток входът на следващия етап е свързан към изхода на предишния етап директно или с помощта на резистори. Такива усилватели се наричат усилватели с директно или резистивно свързване .
усилвател кондензатор едностепенна термична стабилизация
В усилватели на променливо напрежение (UHF, ULF и TYPU), кондензатори и резистори най-често се използват за свързване на каскади. Такива усилватели се наричат усилватели с резистивно-капацитивни връзки.
В селективните усилватели и усилвателите на мощност понякога се използват трансформатори за свързване на етапите един към друг и за свързване на етапа на усилвателя към товарното устройство. Такива усилватели се наричат усилватели с трансформаторно свързване.
Кондензаторите и трансформаторите в усилватели на променливо напрежение служат за разделяне на променливия компонент на напрежението (изход) от компонента на постоянното напрежение на нелинейния управляван елемент, който възниква от компонента на постоянен ток, създаден от източник на постоянна едс.
Въз основа на метода на включване на усилващия елемент има три основни типа усилващи стъпала, както биполярни, така и транзистори с полеви ефекти.
Един от най-често срещаните усилвателни стъпала, базиран на биполярни транзистори, е обща емитерна каскада(OE каскада).
Схемата на етапа на усилване на транзистор тип n-p-n с OE е показана на фиг. 2.
Uin, който трябва да бъде усилен, се подава от източника на трептене към секцията база-емитер. Базата също се захранва с положително отклонение от източник E1, което е предното напрежение на емитерния преход.
Токът протича в основната верига, следователно входното съпротивление на транзистора е малко.
За да се предотврати загубата на част от входното променливо напрежение, вътрешното съпротивление на източника E1 се шунтира от кондензатор. При ниски честоти трябва да има съпротивление в пъти по-малко от входното съпротивление на транзистора.
Колекторната верига се захранва от източник E2. Източникът на напрежение на съвременните усилвателни стъпала, базирани на биполярни транзистори, обикновено е 10 - 30 V.
За да се получи повишено изходно напрежение, в него е включено съпротивление на натоварване.
Работата на етапа на усилвателя се извършва по следния начин. Нека си представим колекторната верига под формата на еквивалентна верига (фиг. 3.).
Напрежението на източника E2 се разделя между Rn и вътрешното съпротивление на транзистора, което той осигурява на постоянния колекторен ток.
Вътрешното съпротивление на транзистора е приблизително равно на съпротивлението на колекторния преход за постоянен ток:
Ако във входната верига е включен източник на трептене, тогава когато се промени
напрежението променя емитерния ток. Това предизвиква промяна в r до, което води до преразпределение на напрежението на източника Е2 между R o и r до. В този случай променливото напрежение на товара може да бъде десетки пъти по-голямо от входното напрежение.
Промяната в колекторния ток е приблизително равна на промяната в емитерния ток и многократно по-голяма от промяната в базовия ток, така че в разглежданата верига се получава значително усилване на тока и много голямо усилване на мощността.
1.2 Биполярни транзисторни усилватели
В усилватели, базирани на биполярни транзистори, се използват три схеми за свързване на транзистори: с обща основа (фиг. 4;
7), с общ емитер (фиг. 5;
8), с общ колектор (фиг. 6;
Фиг.4 Фиг.5 Фиг.6
Фиг.7 Фиг.8 Фиг.9
Фигури 4-6 показват схеми за включване на транзистори с входни и изходни вериги, захранвани от отделни източници на захранване, а фигури 7-8 показват входните и изходните вериги на транзистора, захранвани от един източник на постоянно напрежение.
Усилвателите в транзисторна верига с обща база се характеризират с усилване на напрежението, без усилване на тока, ниско входно съпротивление и високо изходно съпротивление.
Типична схема на етап на усилвател, базиран на транзистор с OE, е показана на фиг. 11.5. Входното усилено променливо напрежение UВХ се подава към входа на транзистора през изолационния кондензатор CP1. Кондензаторът CP1 предотвратява прехвърлянето на компонента на постоянното напрежение на входния сигнал към входа на усилвателя, което може да причини нарушение на режима на работа на постоянен ток на VT транзистора. Усиленото променливо напрежение, генерирано в колектора на транзистора VT, се подава към външен товар със съпротивление RN през изолационен кондензатор CP2. Този кондензатор служи за разделяне на изходната колекторна верига от външния товар чрез постоянната компонента на колекторния ток IK0. Стойностите на IK0 и други постоянни компоненти на тока и напрежението в транзисторните вериги зависят от първоначалния режим на работа (началната позиция на работната точка), зададен при липса на сигнал.
Фиг. 11.5. Биполярен транзисторен усилвател с OE
Работната точка на транзистора е точката на пресичане на динамичните характеристики (права линия на натоварване) с една от статичните характеристики на тока и напрежението. Тази позиция се определя от характеристиките чрез набор от директни компоненти на токове и напрежения в изходните IK0, UKE0 и входните IB0, UBE0 вериги.
Работата на етапа на усилване е илюстрирана на фиг. 11.6. 
Фиг. 11.6. Графична илюстрация на работата на усилвателно стъпало на транзистор с OE
Процесът на усилване на сигнала може да бъде отразен чрез следната връзка на електрическите величини:
UВХm→IБm→IКm→IКmRК→(UKЭm= EPIT - IКmRК) = UOUTm.
Фигурата показва, че напрежението на входния сигнал с амплитуда UВХm =UBЭm променя стойността на базовия ток във фаза. Тези промени в базовия ток предизвикват пропорционални промени в колекторния ток и колекторното напрежение в колекторната верига и амплитудата на колекторното напрежение се оказва значително по-голяма от амплитудата на базовото напрежение. Сигналните напрежения на входа и изхода на каскадата са изместени по фаза на 180º, т.е. са в противофаза. Когато транзисторът работи в активен (усилващ) режим, работната точка трябва да бъде приблизително в средата на сегмента AB на правата на товара. Максималните промени в базовия входен ток трябва да бъдат такива, че работната точка да не излиза извън границите на сегмента AB. Фигура 11.7 показва времедиаграмите на работата на транзисторния етап с правилния избор на точката на покой и големината на входния сигнал. Много е важно да се гарантира, че не само големината на входния сигнал е правилна, но и токът на покой. При малък първоначален ток на покой и минимален сигнал транзисторът няма да се отвори и ще бъде в режим на прекъсване; при голямо отклонение и високо ниво на сигнала той може да премине в насищане. Ориз. 11.8. показва напрежението на колектора на транзистора: a - с недостатъчен ток на отклонение; b - с излишен ток на пристрастие; c - когато входният сигнал е прекомерен. 
Фиг. 11.7. Времеви диаграми на работа на транзисторен усилвател във верига с OE
Първоначалната позиция на работната точка се осигурява от делител на напрежение, състоящ се от резистори R1 и R2, чиито стойности на съпротивление се определят от съотношенията: R1 = (EK - UBE0 - URE) / (ID + IB0); R2 = (UBE0 + URE) / ID, където ID = (2…5) IB0 е токът във веригата на делителя.
При осигуряване на режим на работа на транзистора е необходимо да се извърши температурна стабилизация на позицията на работната точка (намаляване на влиянието на температурата върху първоначалната позиция на работната точка). За тази цел в емитерната верига се въвежда резистор RE, който създава OOS напрежение за постоянен ток URE.
Фиг. 11.8. Времеви диаграми на колекторното напрежение при неправилни условия
OOS в тази схема работи по следния начин: когато например температурата на транзистора се промени, токът на колектора се увеличава. Това причинява съответно увеличение на емитерния ток и спад на напрежението върху него. Следователно напрежението UBE = UB - UE, което е управляващото напрежение за транзистора, намалява, транзисторът се изключва, токът на колектора намалява и се връща в зададения режим. Въвеждането на OOS намалява усилването на веригата. За да може обратната връзка да действа само на постоянен ток и да се елиминира отрицателната обратна връзка на променлив ток, резисторът RE е шунтиран с кондензатор SE, чието съпротивление при честотата на усиления сигнал трябва да бъде незначително. Когато анализираме веригата, можем да приемем, че няма защита на околната среда за променлив ток. В този случай текущото усилване на етапа
В усилватели, базирани на биполярни транзистори, се използват три схеми за свързване на транзистори: с общ, с общ емитер, с общ колектор.
В транзисторна схема с общ емитер усилвателят осигурява усилване на напрежение, ток и мощност. Такъв усилвател има средни стойности на входно и изходно съпротивление в сравнение с комутационни вериги с обща основа и общ колектор.
Параметрите на транзистора до голяма степен зависят от температурата. Промяната в температурата на околната среда води до промяна в режима на работа на транзистора в обикновена усилвателна верига, когато транзисторът с общ емитер е включен.
За стабилизиране на режима на работа на транзистора при промяна на температурата се използват схеми за стабилизиране на емитер за стабилизиране на режима на работа на транзистора.
Фигури 5.14 и 5.15 показват схеми на едностъпални усилватели на базата на n-p-n и p-n-p биполярни транзистори със стабилизиране на температурата на емитера на режима на работа на транзистора.
Нека проследим веригите, през които протичат постоянни токове в усилвателя, съгласно схемата на фигура 5.14. Постоянният ток на делителя на напрежението протича през веригата: плюс захранването, резистори R1, R2, минус захранването. Постоянният ток на базата на транзистора VT1 протича през веригата: плюс на захранването, резистор R1, база-емитер на транзистора VT1, резистор Re, минус на захранването. Правият колекторен ток на транзистора VT1 протича през веригата: плюс на захранването, резистор RK, колекторно-емитерни клеми на транзистора, резистор Re, минус на захранването. Биполярният транзистор като част от усилвателя работи в режим, при който преходът база-емитер е предубеден в предна посока, а преходът база-колектор е предубеден в обратна посока. Следователно, постоянното напрежение на резистора R2 ще бъде равно на сумата от напрежението на прехода база-емитер на транзистора VT1 и напрежението на резистора Re:UR2=Ube+URe. От това следва, че постоянното напрежение на прехода база-емитер ще бъде равно на Ube = UR2 - URe.
Прочетете също:
|
В транзисторна схема с общ емитер усилвателят осигурява усилване на напрежение, ток и мощност. Такъв усилвател има средни стойности на входно и изходно съпротивление в сравнение с комутационни вериги с обща основа и общ колектор.
В режим на почивка, т.е. при липса на входен сигнал (U вход = 0), постоянният ток I BO под въздействието на E K преминава през веригата + E K – E- B- R B - -E K. Големината на този ток чрез избор на стойности на R B е настроен така, че транзисторът да е наполовина отворен, т.е. напрежението върху него би било приблизително половината E K. На свой ред, с голям базов ток, транзисторът се отваря напълно, т.е. неговото съпротивление между емитер и колектор е много малко, напрежението U EC е почти нула, а при I B = 0 транзисторът е напълно затворен, т.е. Съпротивлението е високо и практически не пропуска ток I K.
Кондензатор C p1 служи за свързване на източник на променлива входна EMF E in с вътрешно съпротивление R in към основната верига. Свързващият кондензатор C p2 служи за изолиране на променливата компонента на колекторното напрежение при товара Rn.
18. Определяне на началните условия, осигуряващи зададения режим на работа на усилвателя с ОЕ
Нека разгледаме RC усилвател, в който транзисторът е свързан към верига с общ емитер и се използва стабилизиране на емитер на първоначалния режим на работа.
Токовете във веригата се намират с помощта на формулите:
Да предположим, че i B = i B2, тогава:
Да приемем, че захранващото напрежение Ek е дадено и е необходимо да се осигури начален режим на работа при даден начален ток I K N.
Като се има предвид, че i E » i K:
Избира се разделението на тока i на делителя на напрежението на резистори R 1 и R 2, протичащ, когато базата на транзистора е изключена от делителя.
Важен параметър е усилването на напрежението на усилвателя, което се намира по формулата:
19. Операционни усилватели (ОП): области на приложение, конвенционално графично представяне, блокова схема. Предназначение на елементите на блоковата схема
