«Расчет усилительного каскада на транзисторе КТ104В, включенного по схеме с общим эмиттером, акустического канала передачи информации»

Выходное сопротивление транзистора по переменному току:Rвых~= = = 175, 6Ом.8.Расчёт малосигнальных усилительных и энергетических показателей каскада по h-параметрам.Рассчитаем основные параметры каскада усиления через h-параметры.Rвх = ≈h11э = 165, 6 Ом.Rвых = = = 160, 7 Ом.КU = - * Rк∼= - * 171, 4 = - 132, 1 раз.КI = | КU|* = 132, 1* = 127, 6 раз.КP = | КU|* КI = 132, 1*127, 6= 1, 69*104 раз.Коэффициенты усиления по напряжению, току и мощности, рассчитанные по h-параметрам намного больше, чем рассчитанные графоаналитическим методом. Это объясняется тем, что величинаh-параметров рассчитывается в одной точке характеристик, то есть расчёт по h-параметрам – это расчёт в режиме малого сигнала (в окрестности рабочей точки).В графоаналитическом методе задействовано всё поле характеристик, то есть расчёт графоаналитическим методом - это расчёт в режиме большого сигнала, в котором усилительные возможности транзистора меньше.9.Расчет цепей стабилизации точки покоя транзистора.Задаёмся током базового делителя Iд = 5*Iб0 = 5*0, 204 = 1, 02 мА.Сопротивление базового делителя Rб1 = = = 13176, 4 Ом.Выбираем ближайшее стандартное Rб1 = 13 кОм.Сопротивление базового делителя Rб2 = = = 1911,8 Ом.Выбираем ближайшее стандартное Rб2 = 2 кОм.Эквивалентное сопротивление базового делителя напряжения:Rд = = = 1733, 3 Ом.Входное сопротивление каскада с учётом делителя по переменному току:Rвх~ = = = 353, 7 Ом.В схеме, приведенной на рис. 1, используется отрицательная обратная связь по току за счет резистораRэ. При увеличении коллекторного тока с ростом температуры окружающей среды увеличивается падение напряжения на Rэ. Увеличивается потенциал базы, что ведет к подзапиранию транзистора, компенсирующему первоначальный рост тока коллектора.Задаёмся максимальной температурой окружающей среды Тmax = 40⁰C, номинальнаятемпература окружающей среды Тс = 20⁰C.Максимальная температура коллекторного перехода:Тп мах = Тmax + RпсРк = 40+0, 33*86 ≈ 68⁰С< 85⁰.Неуправляемый обратный ток коллектора:ΔIкб0 (40⁰) = Iкб0 (85⁰)* = 10*10-6* = 1, 54 мкА Максимальное приращение коллекторного тока без учета действия элементов стабилизации: ΔIк0 = ΔIкб0 (40⁰)*(1+β0) = 1, 54*(1+122, 5) = 190, 2 мкА.Глубина обратной связи по постоянному току: Fпосл = = = 3, 45. Приращение коллекторного тока с учётом действия элементов стабилизации: ΔIк0ст = = = 55, 7 мкА.Такое изменение положения рабочей точки некритично, так как не вызовет существенного изменения режимов работы по постоянному и переменному току.10.Расчет разделительных емкостей и емкости в цепи эмиттера транзистора.Задаёмся нижней граничной частотой полосы пропускания fн = 100 Гц.Распределяем допустимые частотные искажения, создаваемые каждым реактивным элементом: Мнр1 = 0,5дБ; Мнр2 = 0,5дБ; Мнэ = 2,0дБ. Переводим выбранные коэффициенты частотных искажений в относительные величины: Мнр1 =Мнр2 = = = 1, 059 раз.Мнэ = = = 1, 259 раз.Cр1 ≥ = = = 4, 79*10-6 Ф. Выбираем Ср1= 6, 8 мкФ на 16 В типа К53-1А.Cр2 ≥ = = = 5, 75*10-6 Ф. Выбираем Ср2= 6, 8 мкФ на 16 В типа К53-1А.Сэ≥ * = * == 306, 6*10-6 Ф. Выбираем Ср1= 330 мкФ на 16 В типа К50-24.Sэ = = Sэ = = 0, 212 См. = = = 224, 1 Ом.11.Расчёт частотных характеристик каскада.Расчёт частотных характеристик производим по методике, предложенной в Л4.стр.126. Оценим полосу пропускания каскада, рассчитав граничные частоты на уровне -3 дБ, то есть при уменьшении усиления раз по отношению к коэффициенту усиления по напряжению на средних частотах.Элементами схемы, которые влияют на нижнюю граничную частоту, являются конденсаторы Ср1, Ср2, Сэ. Поскольку их величина рассчитывалась исходя из fн = 100 Гц, а величины ёмкости этих конденсаторов принимались с существенным запасом, то можно утверждать, что fн< 100 Гц. На частотные свойства усилителя в области высоких частот оказывают влияние следующие факторы:1.Инерционность транзисторов. Для биполярных транзисторов показателем быстродействия является частота fT≈fh21б. Для МП21Д fh21б= 2 МГц.При увеличении частоты усиливаемого сигнала f изменяются величины h-параметров транзисторанаиболее сильно частота сигнала влияет на h21э:|h21э| = Соответственно, с увеличением рабочей частоты, уменьшается модулькоэффициента усиления напряжения. 2.Ёмкость коллекторной цепи транзистора Скэ = Ск*(1+h21э). Для МП21Д Скэ = 30*10-12*(1+122, 5) = 3, 705*10-9 Ф = 3705 пФ.3.Ёмкость нагрузки, ёмкость монтажа, задаёмся Сн = 100 пФ.Находим постоянную времени транзистора в области высоких частот:τf= == 1, 02*10-5 с =10, 2 мкс.Постоянная времени коллекторной цепи:τк= (Скэ+Сн)*Rк~ = (Скэ+Сн)*= (3705+100)*10-12*= 6, 52*10-7с.τк= 0, 652 мкс. Постоянная времени каскада в области высоких частот равна:τв = τf + τк = 10, 2*10-6 + 0, 652*10-6 = 10, 852*10-6с.fв = == 14666 Гц.Заключение.Расчёт каскада усиления низкочастотного напряжения на биполярном транзисторе МП21Д позволяет сделать следующие выводы:1.Каскад при выбранных исходных данных имеет хорошие коэффициенты усиления по току и мощности. 2.Велики нелинейные искажения усиленного сигнала.3.Входное сопротивление каскада мало, выходное сопротивление – большое.4.Полоса пропускания каскада узкая, неподходящая для акустических устройств высшего класса качества.5.Температурный диапазон работоспособности каскада невелик из-забольшого обратного тока коллекторного перехода.Таким образом, можно сделать заключение, что транзистор МП21Д малопригоден для создания высококачественных усилителей низкой частоты.Список литературы[Л1.] Методические указания по выполнению работы[Л2.] Под ред.П.Л.Перельмана. Транзисторы для аппаратуры широкого применения. Справочник. Изд. «Радио и связь» 1981 г [Л3.] У.Титце, К.Шёнк. Полупроводниковая схемотехника. Изд. «Мир» 1982 [Л4.] Методические указания по выполнению курсовой работы по предмету«Схемотехника».Комсомольский-на-Амуре государственный университет, 2020 год.