بررسی تحلیلی
تقویت کننده های فرکانس پایین بر اساس ترانزیستورهای دوقطبی و اثر میدانی در طراحی گسسته یا یکپارچه ساخته می شوند.تقویت کننده های فرکانس پایین می توانند هر سیگنالی (سنسور، تقویت کننده قبلی، میکروفون و غیره) را به عنوان منبع سیگنال ورودی داشته باشند. بیشتر منابع سیگنال ورودی ایجاد ولتاژ بسیار پایین عرضه مستقیم آن به مرحله تقویت قدرت منطقی نیست، زیرا با ولتاژ کنترل ضعیف، نمی توان تغییرات قابل توجهی در جریان خروجی و در نتیجه توان خروجی به دست آورد. بلوک دیاگرام تقویت کننده علاوه بر مرحله خروجی که توان مورد نیاز را تامین می کند، شامل مراحل پیش تقویت نیز می باشد.
این آبشارها معمولاً بر اساس ماهیت مقاومت بار در مدار خروجی ترانزیستور طبقه بندی می شوند. پرکاربردترین مراحل تقویت کننده مقاومتی است که مقاومت بار آن یک مقاومت است. ترانسفورماتور همچنین می تواند به عنوان بار ترانزیستور استفاده شود. به این گونه آبشارها، آبشارهای ترانسفورماتور می گویند.
مراحل پیش تقویت کننده مبتنی بر ترانزیستورهای دوقطبی اغلب از یک مدار امیتر مشترک استفاده می کنند که دارای ولتاژ و افزایش توان بالا، مقاومت ورودی نسبتاً بالایی است و امکان استفاده از یک منبع تغذیه مشترک را برای مدارهای امیتر و کلکتور فراهم می کند.
ساده ترین مدار یک مرحله تقویت کننده مقاومتی با یک امیتر مشترک و توان از یک منبع واحد در شکل 1 نشان داده شده است.
شکل 1 - ساده ترین مدار یک مرحله تقویت کننده مقاومتی
این مدار را مدار جریان پایه ثابت می نامند. بایاس جریان پایه ثابت دارای حداقل تعداد قطعات و مصرف جریان کم از منبع تغذیه است. علاوه بر این، مقاومت نسبتاً بزرگ مقاومت Rب عملاً هیچ تأثیری بر مقدار مقاومت ورودی آبشار ندارد. با این حال، این روش بایاس تنها زمانی مناسب است که آبشار با نوسانات کوچک در دمای ترانزیستور کار کند. علاوه بر این، پراکندگی زیاد و ناپایداری پارامترها وجود داردب حتی برای ترانزیستورهای هم نوع، آنها حالت عملیات آبشار را هنگام تعویض ترانزیستور و همچنین در طول زمان ناپایدار می کنند.
مدار کارآمدتر مداری است که ولتاژ بایاس ثابت روی پایه دارد که در شکل 2 نشان داده شده است.
شکل 2 - مدار با تقسیم کننده ولتاژ
در این مدار مقاومت هاو به طور موازی به منبع تغذیه E متصل می شودبه، در نتیجه یک تقسیم کننده ولتاژ تشکیل می شود. تقسیم کننده ای که توسط مقاومت ها تشکیل شده استو باید مقاومت به اندازه کافی بزرگ داشته باشد، در غیر این صورت مقاومت ورودی آبشار کوچک خواهد بود.
هنگام ساخت مدارهای تقویت کننده ترانزیستور، لازم است اقداماتی برای تثبیت موقعیت نقطه کار بر روی ویژگی ها انجام شود. دلیل اینکه ما باید به این اقدامات متوسل شویم، تأثیر دما است. چندین گزینه برای به اصطلاح تثبیت حرارتی حالت های عملیاتی آبشارهای ترانزیستور وجود دارد. رایج ترین گزینه ها در شکل های 3،4،5 ارائه شده است.
در مدار (شکل 3 را ببینید)، یک ترمیستور با ضریب مقاومت دمایی منفی به مدار پایه متصل می شود به گونه ای که با افزایش دما، ولتاژ منفی در پایه به دلیل کاهش مقاومت در برابر کاهش می یابد. ترمیستور در این حالت جریان پایه و در نتیجه جریان کلکتور کاهش می یابد.
شکل 3 - مدار با ترمیستور
یکی از طرح های تثبیت حرارتی ممکن با استفاده از دیود نیمه هادی در شکل 4 نشان داده شده است.
شکل 4 – مدار تثبیت حرارتی با استفاده از دیود نیمه هادی
در این مدار، دیود در جهت معکوس متصل می شود و مشخصه دمایی جریان معکوس دیود باید مشابه با مشخصه دمای جریان معکوس کلکتور ترانزیستور باشد. هنگام تعویض ترانزیستور، به دلیل تغییر در مقدار جریان کلکتور معکوس، پایداری بدتر می شود.
پرکاربردترین طرح تثبیت حرارتی رژیم است که در شکل 5 نشان داده شده است.
شکل 5 - مدار با مدار تثبیت کننده امیتر ReSe
در این مدار، به سمت یک ولتاژ بایاس رو به جلو ثابت گرفته شده از مقاومتولتاژی که در مقاومت R ظاهر می شود روشن می شوداوه هنگامی که جریان امیتر از آن عبور می کند. به عنوان مثال، با افزایش دما، مولفه ثابت جریان کلکتور افزایش می یابد. افزایش جریان کلکتور منجر به افزایش جریان امیتر و افت ولتاژ در مقاومت R می شود.اوه . در نتیجه ولتاژ بین امیتر و بیس کاهش می یابد که منجر به کاهش جریان بیس و در نتیجه کاهش جریان کلکتور می شود. در بیشتر موارد، مقاومت Rاوه توسط یک خازن با ظرفیت بالا شنت شده است. این کار برای حذف جزء متناوب جریان امیتر از مقاومت R انجام می شوده.
3 پیش نویس یک نمودار ساختاری
برای تقویت کننده طراحی شده، توصیه می شود از مداری استفاده کنید که شامل یک تقسیم کننده ولتاژ و عناصر خازنی جداکننده (خازن) باشد.
تقسیم کننده ولتاژ برای بایاس ولتاژ در پایه طراحی شده است. تقسیم کننده از مقاومت های R تشکیل شده استb1و R b2. مقاومت آرb1متصل می شود تماس مثبت منبع ولتاژ ثابت Ek به موازات مقاومت کلکتور Rبه، و R b2بین شاخه پایه و تماس منفی منبع ولتاژ ثابت Ek.
خازن های جداکننده برای قطع مولفه جریان مستقیم سیگنال (یعنی عملکرد این عناصر این است که اجازه عبور جریان مستقیم را نمی دهند). 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. به صورت موازی به مقاومت امیتر Re متصل می شود.
آنها برای حذف جزء متغیر سیگنال از مقاومت امیتر استفاده می کنند.
اصل عملکرد یک تقویت کننده دو مرحله ای در شکل 6 نشان داده شده است.
شکل 6 - بلوک دیاگرام تقویت کننده دو مرحله ای
سیگنال ضعیفی از منبع سیگنال به مرحله اول تقویت کننده عرضه می شود که به دلیل ولتاژ تغذیه ثابت دریافتی از منبع تغذیه، توسط ترانزیستور تقویت می شود. سپس سیگنال چندین بار تقویت شده به ورودی مرحله دوم می رسد، جایی که
همچنین از طریق ولتاژ تغذیه تا سطح سیگنال مورد نظر تقویت شده و پس از آن به مصرف کننده (در این حالت بار) منتقل می شود.
ورزش:
یک مدار پیش تقویت کننده با فرکانس پایین و ولتاژ متوسط با پارامترهای داده شده ایجاد کنید:
مقدار دامنه ولتاژ در خروجی تقویت کننده Uout = 6 V.
مقدار دامنه سیگنال منبع Uin = 0.15 V.
ولتاژ منبع ولتاژ DC در مدار کلکتور Ek = 20 V;
مقاومت در مدار بار تقویت کننده Rн = 3.3 کیلو اهم؛
محدوده فرکانس های تقویت شده F n F در = 20 هرتز - 20000 هرتز.
فاکتور اعوجاج فرکانس Mدر = 1.18;
مقاومت داخلی منبع سیگنال Ri = 130 اهم.
اجازه دهید حداکثر ولتاژ کلکتور-امیتر Uke را تعیین کنیم، که باید شرایط زیر را برآورده کند:
Ukemah ≥ 1.2 × Ek.
Ukemah ≥ 1.2 × 20 = 24 V.
توسط ترانزیستور برای شرایط مناسب است GT 404A (پیوست A)
h 21e = 30 ÷ 80
شکل 7 – نمودار مرحله تقویت کننده ترانزیستوری با امیتر مشترک
4 محاسبه تقویت کننده ترانزیستور
4.1 آبشار اول.
4.1.1 محاسبه تقویت کننده DC
هنگام محاسبه تقویت کننده از روش محاسبه گرافیکی- تحلیلی استفاده می کنیم.
اول: نقطه کار ترانزیستور را روی مشخصه ولت آمپر ورودی مشخصه ولتاژ جریان انتخاب می کنیم (پیوست A را ببینید). از یک نقطه در شاخه Ubep، یک عمود بکشید تا زمانی که با نمودار منحنی ورودی قطع شود. این نقطه نقطه استراحت پایه است. با پایین آوردن عمود از آن به محور Ib، جریان پایه ثابت Ibp، mA را پیدا می کنیم.
در محور ولتاژ Ube ما حداقل Ube را تعیین می کنیمدقیقه و حداکثر Ubeحداکثر مقادیر ولتاژ، کنار گذاشتن بخش هایی برابر با Umin در هر دو طرف. 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.
در نمودار خانواده مشخصه های خروجی، موقعیت نقطه عملیاتی را با کشیدن یک خط مستقیم افقی از نقطه Ikp در محور Ik تعیین می کنیم تا زمانی که با شاخه خاصی از خانواده جریان های پایه قطع شود (پیوست B را ببینید). . این نقطه استراحت P مدار کلکتور خواهد بود. اجازه دهید عمود بر محور تنش Ucap را پایین بیاوریم، جایی که نقطه استراحت ولتاژ عملیاتی را بدست می آوریم.
بیایید با استفاده از دو نقطه یک خط بار ثابت بسازیم که یکی از آنها P است و دومی در محور Uke برابر با Ek است. پس از ساختن خط بار، هنگامی که با محور جریان کلکتور قطع می شود، نتیجه نقطه Isq است - این یک نقطه ساختگی است که به معنای جریانی است که در صورت اتصال کوتاه ترانزیستور (جهنده) جریان می یابد. .
محاسبه مقاومت مقاومت R b1 و R b2 (اهم) تقسیم کننده ولتاژ
جریان تقسیم کننده را در محدوده (8 ÷ 10) انتخاب می کنیم. :
4.1.2 محاسبه دینامیکی آبشار.
بیایید افزایش ولتاژ را با استفاده از فرمول محاسبه کنیم:
اولین قدم در این مرحله این است که ولتاژ منبع سیگنال و مقاومت داخلی آن را "به ورودی" مرحله اول بیاوریم، یعنی. ولتاژ و مقاومت معادل را که در پایه اولین ترانزیستور عمل می کند، پیدا کنید. برای انجام این کار، مقدار مقاومت موازی مدار پایه مولفه متناوب جریان ورودی R را پیدا می کنیم. b طبق فرمول:
به موازات مقاومت Rb، مقاومت ورودی برای جریان متناوب (دینامیک) ترانزیستور متصل می شود که با مشخصه جریان-ولتاژ ورودی به عنوان نسبت افزایش ولتاژ ورودی به جریان تعیین می شود، یعنی:
جریان های ورودی دینامیک:
از آنجایی که مقاومت در مدار کلکتور بر اساس سیگنال متناوب تغییر کرده است، لازم است یک خط مستقیم بار دینامیکی محاسبه و ساخته شود که از دو نقطه در مشخصه خروجی عبور کند (پیوست A).
در واقع، محدوده دینامیکی بار، همانطور که از پیوست A به شرح زیر است، در دو شاخه از جریان پایه Ibd خواهد بود. 1 و Ibd 2 1 و Ukd 2
7,5<40
آبشار دوم باید اضافه شود.
برای انجام این کار، بیایید محاسبه کنیم:
4.2. آبشار دوم
4.2.1 محاسبه تقویت کننده DC
برای مرحله دوم یک ترانزیستور توان متوسط را انتخاب می کنیم. GT 404V h برای تمام پارامترها مناسب است 21e = 30 ÷ 80.
زیرا مشخصه جریان-ولتاژ ورودی یکسان است GT 404A و GT 404V، سپس موارد اولیه یکسان خواهند بود. به همین ترتیب یک نمودار می سازیم و مقادیر را می گیریم.
همچنین نقطه عملیاتی را انتخاب خواهیم کرد (به پیوست D مراجعه کنید).
Resistance Re برای جبران حرارتی حالت عملیات آبشاری در نظر گرفته شده است و در محدوده (0.1.-0.3)Rк انتخاب شده است.
جریان تقسیم کننده برای ترانزیستور توان متوسط باید انتخاب شود (2 ÷ 3) Ibp
بیایید مقاومت مقاومت های R را محاسبه کنیم b3 و R b4 , تقسیم کننده ولتاژ اهم
4.2.2 محاسبه دینامیکی آبشار.
بیایید مقدار مقاومت معادل مدار پایه مولفه متناوب جریان ورودی R را پیدا کنیم. b طبق فرمول
امپدانس ورودی AC (دینامیک) ترانزیستور به صورت زیر است:
اتصال موازی مقاومت های Rin و Rb برابر خواهد بود با:
سپس سیگنال متناوب معادل در ورودی ترانزیستور برابر با:
بیایید حداقل و حداکثر مقدار دینامیکی ولتاژ ورودی را با استفاده از فرمول تعیین کنیم:
جریان های ورودی دینامیک:
بیایید مقاومت بار را محاسبه کنیم که از عبارت:
از آنجایی که مقاومت در مدار کلکتور بر اساس سیگنال متناوب تغییر کرده است، لازم است یک خط مستقیم بار دینامیکی محاسبه و ساخته شود که از دو نقطه در مشخصه خروجی عبور کند (پیوست D).
نقطه اول مانند حالت ایستا باقی می ماند - نقطه P. نقطه دوم (ساختگی) باید روی ضریب Ik قرار گیرد و با استفاده از فرمول محاسبه می شود:
در واقع، محدوده دینامیکی بار، مطابق شکل 2.14، در دو شاخه از جریان پایه Ibd خواهد بود. 1 و Ibd 2 . محدوده تغییرات ولتاژ خروجی نیز تغییر خواهد کرد و مطابق با خط بار دینامیکی، Ucd خواهد بود. 1 و Ukd 2 . سپس، سود واقعی آبشار از عبارت زیر تعیین می شود:
بیایید سود واقعی را محاسبه کنیم:
4.3 محاسبه خازن های کوپلینگ و ظرفیت خازن شنت
آبشار اول:
مرحله دوم:
برای آبشار دوم (با استفاده از فرمول های مشابه برای آبشار اول):
5 نتیجه گیری
هنگام انجام این کار دوره، یک تقویت کننده با استفاده از ترانزیستورهای GT404A و GT404B توسعه یافت (2 مرحله در مدار تقویت کننده طراحی شد). یک نمودار شماتیک از تقویت کننده به دست آمده است. ضریب افزایش ولتاژ 40 است که شرایط را برآورده می کند.
ادبیات
1 بوچاروف L.I.، Zhebryakov S.K.، Kolesnikov I.F. محاسبه دستگاه های الکترونیکی با استفاده از ترانزیستور. - M.: انرژی، 1978.
2 Vinogradov Yu.V. مبانی فناوری الکترونیک و نیمه هادی. - M.: انرژی، 1972.
3 Gerasimov V.G., Knyazev O.M. و دیگران. مبانی الکترونیک صنعتی. - م.: دبیرستان، 1986.
4 کارپوف V.I. تثبیت کننده های جبران کننده ولتاژ و جریان نیمه هادی. - M.: انرژی، 1967.
5 Tsykin G.S. دستگاه های تقویت کننده - م.: ارتباطات، 1971.
6 مالینین آر.ام. کتاب راهنمای مدارهای ترانزیستوری. - M.: انرژی، 1974.
7 نظروف S.V. تثبیت کننده های ولتاژ ترانزیستور - M.: انرژی، 1980.
8 Tsykina L.V. تقویت کننده های الکترونیکی - م.: رادیو و ارتباطات، 1361.
9 رودنکو وی.اس. مبانی فناوری تبدیل - م.: دبیرستان، 1980.
10 گوریونوف N.N. ترانزیستورهای نیمه هادی دایرکتوری - M.: Energoatomizdat، 1983
- 1. نوع ترانزیستورها را انتخاب کنید. از آنجایی که ولتاژ تغذیه مثبت است، ترانزیستورهای دوقطبی ساختار n-p-n باید برای CNT ها انتخاب شوند. شرایط زیر باید رعایت شود:
- الف) ب،
- ب) mA
در مثال ما، ترانزیستورهای نوع KT3102A را با پارامترهای زیر انتخاب می کنیم: v = 100; U k.e.max.add = 50V; I room max.additional = 100 میلی آمپر؛ P k.max.add = 250mW.
2. مقدار جریان ساکن در مدار کلکتور را با استفاده از فرمول تعیین کنید:
3. مقاومت بار را در مدار کلکتور بیابید (شکل 1). هنگام انتخاب مقدار مقاومت R3 در مدار کلکتور، لازم است دو شرط متناقض برآورده شود: از یک طرف، مطلوب است که مقاومت R3 تا حد امکان در مقایسه با مقدار مقاومت ورودی مرحله بعدی بزرگتر باشد. . از طرف دیگر، افزایش R3 در یک جریان کلکتور معین منجر به این واقعیت می شود که افت ولتاژ در این مقاومت افزایش می یابد و ولتاژ بین کلکتور و امیتر Uke به مقدار غیرقابل قبولی کوچک کاهش می یابد (در طول آن بخش از دوره ولتاژ تقویت شده هنگامی که جریان کلکتور افزایش می یابد، ولتاژ Uke ممکن است به صفر برسد و ترانزیستور تقویت شود. با در نظر گرفتن این الزامات، فرمول محاسبه برای تعیین R3 به صورت زیر است:
بنابراین، با در نظر گرفتن اتلاف توان مجاز، نقطه عملیاتی به درستی انتخاب می شود.
توان تلف شده توسط مقاومت R3 عبارت است از:
4. مقاومت مقاومت R4 را در مدار تثبیت حرارتی با استفاده از فرمول تعیین کنید:
توان تلف شده توسط مقاومت R 4 برابر است
در این حالت، جریان امیتر در حالت استراحت I Er تقریباً برابر با I cr در نظر گرفته می شود. با در نظر گرفتن مقادیر یافت شده R3، R4، Р R3 و Р R4، مقادیر استاندارد و نوع مقاومت R3 و R4 را انتخاب می کنیم.
5. ظرفیت خازن C3 را بیابید:
جایی که Fn بر حسب هرتز بیان می شود،
R3 -- بر حسب اهم،
C 3 - در میکروفاراد.
ولتاژ کار خازن C 3 باید از حداکثر ولتاژ مقاومت R 4 تجاوز کند. در ULF های ترانزیستوری معمولا از خازن های الکترولیتی مانند K50-6، K50-7، K50-9، K50-12، K50-15 و ... استفاده می شود.
6. ولتاژ بین کلکتور و امیتر ترانزیستور را در حالت استراحت بیابید:
7. عناصر تقسیم کننده ولتاژ را در مدار پایه R 1 و R 2 تعیین کنید (شکل 1). ما افت ولتاژ در مقاومت مقاومت فیلتر R5 را در نظر می گیریم:
ولتاژ عرضه شده به تقسیم کننده R 1, R 2 را پیدا کنید
جریان در مدار تقسیم کننده را از شرط انتخاب می کنیم
انتخاب و توجیه پایه عنصر
بر اساس محاسبه فوق، عناصر (برای نمودار مدار الکتریکی) را انتخاب می کنیم:
ترانزیستور دوقطبی KT3102E به عنوان ترانزیستور VT1 با مشخصات زیر در نظر گرفته شد:
ساختار: n-p-n;
حداکثر ولتاژ مجاز کلکتور-امیتر: 20 ولت؛
حداکثر جریان ثابت کلکتور مجاز: 100 میلی آمپر.
حداکثر اتلاف توان کلکتور مجاز: 250 مگاوات.
ضریب انتقال جریان ساکن: 400-1000;
جریان کلکتور معکوس بیش از: 0.015 µA.
مطابق با درجه بندی مقاومت محاسبه شده در بند 2.1. ما داریم:
R k = 350 اهم: MLT-0.125-350 Ohm2%;
R e = 62Ohm: MLT-0.125-62Ohm2%;
Rb "= 4.4 kOhm: MLT-0.5-4.4 kOhm2%;
R b "" = 2.4 kOhm: MLT-0.5-2.4 kOhm2%;
پروژه دوره شامل 37 برگ، 23 تصویر، 1 جدول است.
هدف: - تعمیق دانش دانش آموزان در دوره های مرتبط با موضوع پروژه درسی؛
القای مهارت های کار مستقل با ادبیات فنی؛
آموزش نوشتن، محاسبه و تجزیه و تحلیل مدارهای الکترونیکی؛
نحوه تهیه صحیح اسناد فنی را بیاموزید.
پروژه دوره شامل شرح مختصری از تقویت کننده های فرکانس پایین، طبقه بندی، کاربرد و راه حل های فنی پایه آنها می باشد. نمودار مدار ساختاری و الکتریکی تقویت کننده نیز توسعه یافته و محاسبات آن انجام شده است.
آمپلی فایر، ترانزیستور، ویژگی ورودی،
اعوجاج غیر خطی، آبشار خروجی
1. مقدمه…………………………………………………………………………….. 3
2. بخش اصلی
2.1 بررسی تحلیلی……………………………5
2.2 ترسیم بلوک دیاگرام تقویت کننده ...... 9
2.3 توسعه اصل برق
مدارهای تقویت کننده………………………………………….. 11
2.4 محاسبات الکتریکی……………………………. ……… 14
2.5 تجزیه و تحلیل تقویت کننده طراحی شده…………. ……… 29
3. نتیجه گیری…………………………………………………………………………………………………………………
4. فهرست مراجع……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 31
5. پیوست……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 32
1. معرفی
یکی از ویژگی های بارز تقویت کننده های الکترونیکی مدرن، تنوع استثنایی مدارهایی است که توسط آنها می توان ساخت.
تقویت کننده ها در ماهیت سیگنال های تقویت شده متفاوت هستند: تقویت کننده های سیگنال های هارمونیک، تقویت کننده های پالس و غیره. آنها همچنین از نظر هدف، تعداد مراحل، نوع منبع تغذیه و سایر شاخص ها متفاوت هستند.
با این حال، یکی از مهم ترین معیارهای طبقه بندی، محدوده فرکانس سیگنال های الکتریکی است که در آن یک تقویت کننده معین می تواند به طور رضایت بخشی عمل کند. بر اساس این ویژگی، انواع اصلی تقویت کننده های زیر متمایز می شوند:
تقویت کننده های فرکانس پایین برای تقویت سیگنال های دوره ای پیوسته طراحی شده اند که محدوده فرکانس آنها از ده ها هرتز تا ده ها کیلوهرتز متغیر است. یکی از ویژگی های ULF این است که نسبت فرکانس تقویت شده بالایی به فرکانس پایینی بزرگ است و معمولاً حداقل به چندین ده می رسد.
تقویت کننده های DC - سیگنال های الکتریکی را در محدوده فرکانس از صفر تا بالاترین فرکانس کاری تقویت می کنند. آنها به شما این امکان را می دهند که هم اجزای متغیر سیگنال و هم جزء ثابت آن را تقویت کنید.
تقویت کننده های انتخابی - سیگنال ها را در یک باند فرکانس بسیار باریک تقویت می کنند. آنها با نسبت کوچکی از فرکانس بالا به فرکانس پایین مشخص می شوند. این تقویت کننده ها را می توان در فرکانس های پایین و بالا استفاده کرد و به عنوان نوعی فیلتر فرکانس عمل می کند که امکان جداسازی یک محدوده فرکانس مشخص از نوسانات الکتریکی را فراهم می کند. محدوده فرکانس باریک در بسیاری از موارد با استفاده از چنین تقویت کننده های مدار نوسانی به عنوان بار تضمین می شود. در این راستا، تقویت کننده های انتخابی اغلب تقویت کننده های تشدید نامیده می شوند.
تقویت کننده های باند پهن که یک باند فرکانسی بسیار وسیع را تقویت می کنند. این تقویت کننده ها برای تقویت سیگنال ها در دستگاه های ارتباطی پالس، رادار و تلویزیون طراحی شده اند. تقویت کننده های باند پهن اغلب تقویت کننده های ویدئویی نامیده می شوند. این آمپلی فایرها علاوه بر هدف اصلی خود در اتوماسیون و دستگاه های کامپیوتری مورد استفاده قرار می گیرند.
2.1 بررسی تحلیلی
تقویت‌کننده‌های فرکانس پایین مدرن عمدتاً با استفاده از ترانزیستورهای دوقطبی و اثر میدانی در یک طراحی مجزا یا یکپارچه ساخته می‌شوند و تقویت‌کننده‌های میکروطراحی عمدتاً در طراحی و ویژگی‌های فنی با آنالوگ‌های گسسته خود متفاوت هستند.
منبع سیگنال ورودی در تقویت کننده های فرکانس پایین ممکن است شامل یک میکروفون، یک پیکاپ یا یک تقویت کننده قبلی باشد. اکثر منابع سیگنال ورودی ولتاژ بسیار پایینی تولید می کنند. تامین مستقیم آن به مرحله تقویت قدرت منطقی نیست، زیرا با ولتاژ کنترل ضعیف نمی توان تغییرات قابل توجهی در جریان خروجی و در نتیجه توان خروجی به دست آورد. بنابراین بلوک دیاگرام تقویت کننده علاوه بر مرحله خروجی که توان مورد نیاز را تامین می کند، شامل مراحل پیش تقویت نیز می باشد.
این آبشارها معمولاً بر اساس ماهیت مقاومت بار در مدار خروجی ترانزیستور طبقه بندی می شوند. پرکاربردترین مراحل تقویت کننده مقاومتی است که مقاومت بار آن یک مقاومت است. یک ترانسفورماتور همچنین می تواند به عنوان بار ترانزیستور استفاده شود. به این گونه آبشارها، آبشارهای ترانسفورماتور می گویند. با این حال، به دلیل هزینه بالا، اندازه و وزن قابل توجه ترانسفورماتور و همچنین به دلیل مشخصه های دامنه فرکانس ناهموار، مراحل پیش تقویت ترانسفورماتور به ندرت مورد استفاده قرار می گیرد.
مراحل پیش تقویت کننده مبتنی بر ترانزیستورهای دوقطبی اغلب از یک مدار امیتر مشترک استفاده می کنند که دارای ولتاژ و افزایش توان بالا، مقاومت ورودی نسبتاً بالایی است و امکان استفاده از یک منبع تغذیه مشترک را برای مدارهای امیتر و کلکتور فراهم می کند.
ساده ترین مدار یک مرحله تقویت کننده مقاومتی با یک امیتر مشترک و توان از یک منبع واحد در شکل 1 نشان داده شده است.
تصویر 1
این مدار را مدار جریان پایه ثابت می نامند. بایاس جریان پایه ثابت دارای حداقل تعداد قطعات و مصرف جریان کم از منبع تغذیه است. علاوه بر این، مقاومت نسبتاً بزرگ مقاومت Rb عملاً بر مقدار مقاومت ورودی آبشار تأثیر نمی گذارد. با این حال، این روش بایاس تنها زمانی مناسب است که آبشار با نوسانات کوچک در دمای ترانزیستور کار کند. علاوه بر این، پراکندگی زیاد و ناپایداری پارامترهای b حتی برای ترانزیستورهای هم نوع، حالت عملیات آبشاری را هنگام تعویض ترانزیستور و همچنین در طول زمان ناپایدار می کند.
کارآمدتر مداری با ولتاژ بایاس ثابت روی پایه است که در شکل 2 نشان داده شده است.
در این مدار مقاومت ها
و به صورت موازی به منبع برق E k یک تقسیم کننده ولتاژ را تشکیل می دهند. تقسیم کننده تشکیل شده توسط مقاومت ها باید مقاومت کافی داشته باشد، در غیر این صورت مقاومت ورودی آبشار کوچک خواهد بود.هنگام ساخت مدارهای تقویت کننده ترانزیستور، لازم است اقداماتی برای تثبیت موقعیت نقطه کار بر روی ویژگی ها انجام شود. عامل بی ثبات کننده اصلی تأثیر دما است. وجود داشته باشد
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 ناحیه با الکترونیک متفاوت ( n) و سوراخ ( پ) - رسانایی. در سال 1948 توسط آمریکایی ها W. Shockley، W. Brattain و J. Bardeen اختراع شد. بر اساس ساختار فیزیکی و مکانیسم کنترل جریان، ترانزیستورها به دو قطبی (اغلب ترانزیستورهای ساده) و تک قطبی (اغلب ترانزیستورهای اثر میدانی نامیده می شوند) تقسیم 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؛ در دوم، یا الکترون یا حفره. اصطلاح ترانزیستور اغلب برای اشاره به گیرنده های پخش 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 قابل توجهی 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
یک ترانزیستور دوقطبی می تواند باشد n-p-nو p-n-pرسانایی بدون نگاه کردن به داخل ترانزیستور، می توان تفاوت رسانایی را تنها در قطبیت اتصال در مدارهای عملی منابع تغذیه، خازن ها و دیودهایی 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 یک شبکه چهار ترمینالی در نظر بگیریم، باید دارای دو ترمینال ورودی و دو خروجی باشد. بنابراین، یکی از پایه ها باید برای هر دو مدار ورودی و خروجی مشترک باشد.
مدارهای اتصال ترانزیستور
مدار اتصال ترانزیستور با امیتر مشترک- طراحی شده برای تقویت دامنه سیگنال ورودی در 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 آبشار ترانزیستور با OE از صدها اهم تا چند کیلو اهم و مقاومت خروجی - از چند تا ده ها کیلو اهم متغیر است.
نمودار اتصال ترانزیستور با کلکتور مشترک- طراحی شده برای تقویت دامنه سیگنال جریان ورودی. در چنین مداری هیچ افزایش ولتاژی وجود ندارد. درست تر است که بگوییم 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 متغیر است و مقاومت خروجی در صدها اهم - واحد کیلو اهم است. با توجه به اینکه معمولاً یک مقاومت بار در مدار امیتر وجود دارد، مدار دارای مقاومت ورودی بالایی است. علاوه بر این، به دلیل تقویت جریان ورودی، ظرفیت بارگذاری بالایی دارد. این ویژگی‌های یک مدار جمع‌کننده مشترک برای مطابقت با مراحل ترانزیستور به‌عنوان «مرحله بافر» استفاده می‌شود. از آنجایی که سیگنال ورودی، بدون افزایش دامنه، در خروجی "تکرار" می شود، مدار روشن کردن ترانزیستور با یک کلکتور مشترک نیز نامیده می شود. دنبال کننده امیتر.
نیز وجود دارد مدار اتصال ترانزیستور با پایه مشترک. این طرح شمول در تئوری وجود دارد، اما در عمل اجرای آن بسیار دشوار است. این مدار سوئیچینگ در فناوری فرکانس بالا استفاده می شود. ویژگی آن این است که امپدانس ورودی پایینی دارد و تطبیق چنین آبشاری با ورودی دشوار است. من تجربه کمی در الکترونیک دارم، اما در مورد این مدار ترانزیستور صحبت می کنم، متاسفم، من چیزی نمی دانم! من چند بار از آن به عنوان مدار "کس دیگری" استفاده کردم، اما هرگز متوجه نشدم. اجازه دهید توضیح دهم: طبق تمام قوانین فیزیکی، یک 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 با فرکانس بالا از طریق یک خازن به بدنه متصل می شود، اما در خروجی 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 اساساً می توانید افست را از هر جایی اعمال کنید، حتی از یک منبع اضافی. با این حال، یک سیگنال به هر شکلی که وارد پایه می شود از طریق همان خازن خاموش می شود. برای کارکرد چنین آبشاری، ترمینال ورودی - امیتر از طریق یک مقاومت کم مقاومت روی محفظه "کاشته" می شود، بنابراین مقاومت ورودی کم است. به طور کلی مدار اتصال ترانزیستور با پایه مشترک موضوعی برای نظریه پردازان و آزمایشگران است. در عمل بسیار نادر است. در تمرین طراحی مدار، هرگز با نیاز به استفاده از مدار ترانزیستوری با پایه مشترک مواجه نشدم. این با خواص این مدار اتصال توضیح داده می شود: مقاومت ورودی از واحد تا ده ها اهم و مقاومت خروجی از صدها کیلو اهم تا چندین مگا اهم است. چنین پارامترهای خاصی یک نیاز نادر هستند.
ترانزیستور دوقطبی می تواند در حالت سوئیچینگ و خطی (تقویت کننده) کار کند. حالت سوئیچ در مدارهای کنترل مختلف، 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) در مدارها برای تقویت سیگنال های هارمونیک استفاده می شود و نیاز به حفظ ترانزیستور در حالت "نیمه" باز، اما غیر اشباع دارد.
برای بررسی عملکرد ترانزیستور، مدار اتصال ترانزیستور امیتر مشترک را به عنوان مهمترین مدار اتصال در نظر خواهیم گرفت.
نمودار در شکل نشان داده شده است. روی نمودار VT- خود ترانزیستور مقاومت ها R b1و R b2- یک مدار بایاس ترانزیستور، که یک تقسیم کننده ولتاژ معمولی است. این مدار است که تضمین می کند که ترانزیستور به "نقطه عملیاتی" در حالت تقویت سیگنال هارمونیک بدون اعوجاج بایاس می شود. مقاومت R به- مقاومت بار آبشار ترانزیستور، طراحی شده برای تامین جریان الکتریکی از منبع تغذیه به کلکتور ترانزیستور و محدود کردن آن در حالت ترانزیستور "باز". مقاومت R e- یک مقاومت فیدبک به طور ذاتی مقاومت ورودی آبشار 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). برای شروع، یک مقاومت R 2بیایید تقسیم کننده ولتاژ را قابل کنترل (متغیر) کنیم. با تغییر مقاومت این مقاومت، از صفر به مقدار بی نهایت بزرگ، می توانیم ولتاژی را در خروجی چنین مقسمی از صفر به مقدار عرضه شده به ورودی آن بدست آوریم. حالا بیایید تصور کنیم که مقاومت R 1تقسیم کننده ولتاژ مقاومت کلکتور مرحله ترانزیستور و مقاومت است R 2تقسیم 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 ضعیف کنترل می شود. ترانزیستور دوقطبی دقیقاً 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، لازم است از همین حالت عملکرد اطمینان حاصل شود. 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 و نه با جریان - این واقعیت است. و برای کسی که ولتاژ بایاس را در نظر نمی گیرد، هیچ تقویت کننده ای کار نخواهد کرد. بنابراین، ارزش آن باید در محاسبات 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 ترانزیستور سیلیکونی، ولتاژ بایاس در محدوده 0.6 ... 0.7 ولت است، برای ترانزیستور ژرمانیوم - 0.2 ... 0.3 ولت. با دانستن این مفهوم، نه تنها می توانید مراحل ترانزیستور را محاسبه کنید، بلکه قابلیت سرویس دهی هر مرحله تقویت کننده ترانزیستور را نیز بررسی کنید. برای اندازه گیری ولتاژ بایاس پایه-امیتر ترانزیستور کافی است از یک مولتی متر با مقاومت داخلی بالا استفاده کنید. اگر با 0.6 ... 0.7 ولت برای سیلیکون یا 0.2 ... 0.3 ولت برای ژرمانیوم مطابقت ندارد، در اینجا به دنبال عیب بگردید - یا ترانزیستور معیوب است یا مدارهای بایاس یا جداسازی این آبشار ترانزیستور معیوب هستند. .
موارد فوق در نمودار - مشخصه جریان-ولتاژ (مشخصه ولت آمپر) به تصویر کشیده شده است.
اکثر "متخصصان" با نگاهی به مشخصه جریان-ولتاژ ارائه شده می گویند: چه نوع مزخرفی روی نمودار مرکزی ترسیم شده است؟ این چیزی نیست که مشخصه خروجی ترانزیستور به نظر می رسد! در نمودار سمت راست نشان داده شده است! من پاسخ می دهم، همه چیز در آنجا درست است، و با لوله های خلاء الکترونی شروع شد. قبلاً مشخصه جریان-ولتاژ یک لامپ به عنوان افت ولتاژ در مقاومت آند در نظر گرفته می شد. اکنون، آنها به اندازه گیری بر روی مقاومت کلکتور ادامه می دهند و در نمودار حروفی را اضافه می کنند که نشان دهنده افت ولتاژ در ترانزیستور است که عمیقاً اشتباه است. در نمودار سمت چپ I b – U bمشخصه ورودی ترانزیستور ارائه شده است. در نمودار مرکزی I k – U kمشخصه جریان-ولتاژ خروجی ترانزیستور ارائه شده است. و در نمودار سمت راست I R – U Rنمودار جریان-ولتاژ مقاومت بار را نشان می دهد R به، که معمولاً به عنوان مشخصه جریان-ولتاژ خود ترانزیستور منتقل می شود.
نمودار دارای یک بخش خطی است که برای تقویت خطی سیگنال ورودی استفاده می شود که توسط نقاط محدود شده است آو با. نقطه میانی - که در، دقیقاً نقطه ای است که در آن لازم است ترانزیستوری که در حالت تقویت 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 همراه با آن، جریان کلکتور افزایش می یابد. پس از رسیدن به "منطقه کاری" در نقطه باترانزیستور وارد حالت خطی می شود که تا نقطه ادامه می یابد آ. در همان زمان، افت ولتاژ در محل اتصال کلکتور-امیتر کاهش می یابد، و در مقاومت بار کاهش می یابد R به، برعکس، افزایش می یابد. نقطه که در- نقطه بایاس عملیاتی ترانزیستور نقطه ای است که در آن، به طور معمول، افت ولتاژی معادل دقیقاً نصف ولتاژ منبع تغذیه در محل اتصال کلکتور-امیتر ترانزیستور ایجاد می شود. بخش پاسخ فرکانس از نقطه با، به نقطه آمنطقه کاری جابجایی نامیده می شود. بعد از نقطه آ، جریان پایه و در نتیجه جریان کلکتور به شدت افزایش می یابد، ترانزیستور کاملاً باز می شود و وارد حالت اشباع می شود. در این لحظه، در محل اتصال کلکتور-امیتر ولتاژ ناشی از سازه کاهش می یابد n-p-n transitions که بسته به نوع ترانزیستور تقریبا معادل 0.2...1 ولت است. بقیه ولتاژ منبع تغذیه در مقاومت بار ترانزیستور - مقاومت کاهش می یابد R به.، که رشد بیشتر جریان کلکتور را نیز محدود می کند.
از شکل های "اضافی" پایین، می بینیم که چگونه ولتاژ در خروجی ترانزیستور بسته به سیگنال ارائه شده به ورودی تغییر می کند. ولتاژ خروجی (افت ولتاژ کلکتور) ترانزیستور خارج از فاز (180 درجه) با سیگنال ورودی است.
محاسبه آبشار ترانزیستور با امیتر مشترک (CE)
قبل از شروع مستقیم به محاسبه مرحله 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 آبشار 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 را به دست آورد. در یک مدار تک سر مرحله ترانزیستور که در حالت "A" کار می کند، این معمولاً نصف مقدار ولتاژ منبع تغذیه است.
دو جریان در مدار امیتر ترانزیستور جریان دارد - جریان کلکتور (در امتداد مسیر کلکتور-امیتر) و جریان پایه (در امتداد مسیر بیس-امیتر)، اما از آنجایی که جریان پایه بسیار کم است، می توان از آن صرف نظر کرد. می توان فرض کرد که جریان کلکتور برابر با جریان امیتر است.
ترانزیستور یک عنصر تقویت کننده است، بنابراین باید توجه داشت که توانایی آن در تقویت سیگنال ها باید با مقداری بیان شود. مقدار بهره توسط یک نشانگر برگرفته از تئوری شبکه های چهار ترمینال - ضریب تقویت جریان پایه در یک مدار سوئیچینگ با یک امیتر مشترک (CE) بیان می شود و تعیین می شود - ساعت 21. مقدار آن در کتاب های مرجع برای انواع خاصی از ترانزیستورها ذکر شده است 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 مثالی که 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 =R e *h 21، و خروجی است R out = R به. اگر مقاومت ورودی مرحله ترانزیستور برای شما مهم نیست، اصلاً می توانید بدون مقاومت انجام دهید. R e;
مقادیر مقاومت R بهو R eجریان های عبوری از ترانزیستور و توان تلف شده توسط ترانزیستور را محدود کنید.
روش و مثال محاسبه آبشار ترانزیستور با OE
اطلاعات اولیه:
ولتاژ تغذیه یو آی پی= 12 ولت
یک ترانزیستور را انتخاب کنید، به عنوان مثال: Transistor KT315G، برای آن:
Pmax= 150 میلی وات؛ ایمکس= 150 میلی آمپر؛ ساعت 21>50.
ما می پذیریم R k = 10 * R e
ولتاژ b-e نقطه کار ترانزیستور گرفته می شود تو بای= 0.66 V
راه حل:
1. بیایید حداکثر توان استاتیکی که توسط ترانزیستور در لحظات عبور سیگنال متناوب از نقطه عملکرد B حالت استاتیک ترانزیستور تلف می شود را تعیین کنیم. باید مقداری 20 درصد کمتر (ضریب 0.8) از حداکثر توان ترانزیستور مشخص شده در فهرست باشد.
ما می پذیریم P dis.max =0.8*P max=0.8*150mW=120mW
2. بیایید جریان کلکتور را در حالت استاتیک (بدون سیگنال) تعیین کنیم:
I k0 =P ras.max /U ke0 =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 (بدون سیگنال) افت می کند، نیمه دوم ولتاژ تغذیه در مقاومت ها کاهش می یابد:
(R به +R e)=(U i.p. /2)/I to0= (12V/2)/20mA=6V/20mA = 300 اهم.
با در نظر گرفتن محدوده موجود مقادیر مقاومت، و همچنین این واقعیت که ما نسبت را انتخاب کرده ایم R k = 10 * R e، مقادیر مقاومت را پیدا می کنیم:
R به= 270 اهم؛ R e= 27 اهم
4. بیایید ولتاژ کلکتور ترانزیستور را بدون سیگنال پیدا کنیم.
U k0 =(U kе0 + I k0 *R e)=(U i.p. - I k0 *R k)= (12 ولت - 0.02 آمپر * 270 اهم) = 6.6 ولت.
5. بیایید جریان پایه کنترل ترانزیستور را تعیین کنیم:
I b =I k /h 21 =/h 21= / 50 = 0.8 میلی آمپر.
6. جریان پایه کل توسط ولتاژ بایاس پایه تعیین می شود که توسط تقسیم کننده ولتاژ تنظیم می شود. R b1,R b2. جریان مقسم پایه مقاومتی باید بسیار بیشتر (5-10 برابر) جریان کنترل پایه باشد من ب، به طوری که دومی بر ولتاژ بایاس تأثیر نمی گذارد. ما یک جریان تقسیم کننده را انتخاب می کنیم که 10 برابر بیشتر از جریان کنترل پایه است:
R b1,R b2: من مورد. =10*I ب= 10 * 0.8 میلی آمپر = 8.0 میلی آمپر.
سپس مقاومت کل مقاومت ها
R b1 + R b2 = U i.p. / من دل.= 12 ولت / 0.008 A = 1500 اهم.
7. بیایید ولتاژ امیتر را در حالت استراحت (بدون سیگنال) پیدا کنیم. 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 = I k0 *R e= 0.02 A * 27 Ohm = 0.54 V،
جایی که من k0- جریان ساکن ترانزیستور
8. تعیین ولتاژ در پایه
U b =U e +U باشد=0.54 V+0.66 V = 1.2 V
از اینجا، از طریق فرمول تقسیم کننده ولتاژ می یابیم:
Rb2 = (Rb1 +Rb2)*U b/U i.p.= 1500 اهم * 1.2 ولت / 12 ولت = 150 اهم Rb1 = (Rb1 +Rb2) -R b2= 1500 اهم - 150 اهم = 1350 اهم = 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= 1.3 کیلو اهم.
9. خازن های جداکننده بر اساس ویژگی های دامنه فرکانس 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 پایین‌تر، پاسخ دامنه فرکانس (AFC) آبشار به زمان شارژ مجدد خازن‌های جداکننده از طریق سایر عناصر آبشار، از جمله عناصر آبشارهای مجاور، بستگی دارد. ظرفیت 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 =R در *C اینچ، جایی که R در =R e *h 21, سی در- جداسازی ظرفیت ورودی آبشار. C بیرونمرحله ترانزیستور، این سی درآبشار بعدی و به همین ترتیب محاسبه می شود. فرکانس قطع پایین آبشار (فرکانس قطع فرکانس قطع) f n = 1/t n. برای تقویت با کیفیت بالا، هنگام طراحی مرحله ترانزیستور، لازم است نسبت را انتخاب کنید 1/t n =1/(ورودی R * ورودی C)<
محاسبه حالت کلید مرحله ترانزیستور دقیقاً به همان روشی که قبلاً محاسبه مرحله 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 عملیاتی "استراحت" خارج از نقاط A و C نشان داده شده در مشخصه ولتاژ جریان قرار دارند. هنگامی که ترانزیستور باید در مدار در حالت بدون سیگنال بسته شود، لازم است که مقاومت را از مدار آبشاری قبلاً نشان داده شده جدا کنید. R b1. اگر می خواهید ترانزیستور در حالت استراحت باز باشد، باید مقاومت را در مدار آبشار افزایش دهید R b2 10 برابر مقدار محاسبه شده و در برخی موارد می توان آن را از نمودار حذف کرد.
محاسبه آبشار ترانزیستور به پایان رسیده است.
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
اکاترینبورگ 2000
1. داده های اولیه برای محاسبه تقویت کننده 3
2. انتخاب ترانزیستور4
3. محاسبه حالت ترانزیستور برای جریان مستقیم 4
4. ولتاژ منبع تغذیه 5 را انتخاب کنید
5. محاسبه عناصر تضمین کننده حالت عملکرد tr-ra5
6. محاسبه ظرفیت های S f, S 1, S 2, S 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
UH = 0.2 که در
RH = 0.3 کیلو اهم
RС = 0.5 کیلو اهم
tmax = 70 0 سی
f n = 50 هرتز
fدر = 25 هرتز
 |
2. انتخاب ترانزیستور.
برای ترانزیستور انتخاب شده، فاکتور کیفیت D t:
که 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: Р к max >Р к، B min ³ B مورد نیاز، ¦ در ³¦ در، مورد نیاز ترانزیستور را انتخاب می کنیم. KT3107I
3. محاسبه حالت ترانزیستور بر اساس جریان مستقیم.
جریان کلکتور Ik با فرمول تعیین می شود:
جایی که Rin = V * r e = 1k9 - مقاومت ورودی آبشار E c - منبع سیگنال
ولتاژ در کلکتور-امیتر U ke: نقطه کار ترانزیستور = 1.5 که در
I 0 k = 1.82 که در
4. انتخاب ولتاژ منبع تغذیه.
بیایید R e را با استفاده از فرمول پیدا کنیم:
که در آن S - ضریب دما
Rb = (5¸10) R در = 5*1900 = 9500 اهم- مقاومت پایه کل
بیایید U b را پیدا کنیم:
بیایید R f را تعریف کنیم:
با توجه به GOST ما انتخاب می کنیم:
R 1 = 6k0 R 2 = 16k0 R e = 3k2 R f = k45
بیایید نابرابری را بررسی کنیم:
I 0 k * R e + U 0 k e + I 0 k * R k + (I 0 k + I د) * R f ³ E k
5.824 + 1.5 + 2.5 + 1.179 ³ 5
11 ³ 5 - نابرابری ارضا شده است
اجازه دهید برای تکرار کننده R e2 تعریف کنیم:
U B2 = U K1 = I 0 e *R e + U 0 Ke = 1.82 mA * 3.2کیلو اهم + 1.5که در = 7.32 که در
U Be2 = r¢ b * I 0 e = 150 * 1.82 mA = 0.27 که در
بیایید Rin2 و Rout2 را پیدا کنیم:
سود مرحله اول:
6. محاسبه ظرفیت های C f, C 1, C 2, C e.
که در آن K SG = 40 - ضریب هموارسازی
f P = 100 هرتز- فرکانس ضربان 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 |
