Расчёт каскада на биполярном транзисторе с общим эмиттером

Реализовать режим короткого замыкания на выходе U2 = 0 для биполярного транзистора просто (сопротивление коллекторного перехода равняется десяткам МОм и замыкающие сопротивления в цепи коллектора могут быть даже сотни Ом).Все величины в уравнениях 2.49 ÷ 2.53 зависят от частоты, и на высоких частотах будут комплексными.Зависимость модуля |11э| от угловой частоты ωсигнала согласно Л.1:|Y11э| = = (2.54)Зависимость модуля |21э| от угловой частоты ωсигнала согласно Л.1:|Y21э| = = = (2.55)Построение графиков зависимостей |Y11э| = f1(ω) и |Y21э| = f2(ω) производим с помощью программы «Mathematica». Листинг программы расчёта и построения вышеуказанных графиков приведён в приложении 1.Рис.2.11.График зависимости |Y11э| = f1(ω).Рис.2.12.График зависимости |Y21э| = f2(ω).С ростом частоты сигнала входная проводимость увеличивается из-за увеличения проводимости диффузионной ёмкости эмиттерного перехода Сэд.При этом напряжение сигнала на эмиттерном переходе уменьшается, что приводит к уменьшению крутизны Sи, следовательно, к уменьшению |Y21э|.2.8.Описание принципиальной схемы каскада усилителя переменного напряжения в схеме с общим эмиттером.В данной работе на рис.1.2 представлена, фактически, функциональная схема каскада усиления напряжения на биполярном транзисторе в схеме включения с общим эмиттером. Конфигурация практической принципиальной электрической схемы такого каскада заметно отличается от рис.1.2. Прежде всего, принципиальная электрическая схема содержит один источник постоянной эдс (как и в исходных данных), и постоянное напряжение для питания входной цепи формируется от этого источника.Кроме этого, нагрузочное сопротивление, как правило, не включается непосредственно в коллекторную цепь транзистора, а отделяется от неё разделительным конденсатором большой ёмкости, что позволяет выбирать разные значения нагрузки для транзистора по постоянному и переменному току. Разделительный конденсатор стоит также и во входной цепи, благодаря чему можно питать цепь базы от источника коллекторного питания.Типовая схема такого каскада представлена в Л3.стр.109:Рис.2.13.Принципиальная схема проектируемого каскада.Источник питания Еп создаёт на электродах транзистора необходимые для нормальной работы напряжения, благодаря чему транзистор становиться электрически управляемым сопротивлением. Еп является также источником энергии, за счёт которого создаётся выходной сигнал Uвых. Резисторы R1 и R2 – базовый делитель напряжения, который задаёт нужный потенциала базе транзистора, обеспечивая необходимый режим транзистора по постоянному току. Rк задаёт режим коллекторной цепи, а Rэ – обеспечивает необходимый потенциал на эмиттере. Величины R1, R2, Rк, Rэ выбираются таким образом, чтобы при любой возможной величине входного сигнала Uвх эмиттерный переход был открыт, а коллекторный переход – закрыт. Конденсаторы Ср1, Ср2, Сэ – пропускают переменное напряжение, но блокируют постоянное, обеспечивая таким образом, развязку по постоянному току между точками схемы.Rн – потребитель, сопротивление нагрузки. Работа каскада происходит следующим образом: переменное напряжение входного сигнала через С1 и Rэ, Сэ прикладывается к эмиттерному переходу транзистора, в результате чего сопротивление коллекторного перехода изменяется по закону входного сигнала. Это приводит к изменению коллекторного тока и падения напряжения на Rк также по закону входного сигнала. Переменное напряжение на Rк – это и есть выходной сигнал Uвых, который через C2 поступает на нагрузку. Так как напряжение на коллекторном переходе намного больше, чем на эмиттерном, а ток коллектора практически равен току эмиттера, то имеет место усиление по напряжению и по мощности. При отключении Сэ переменное напряжение на эмиттерном переходе уменьшиться, а значит, уменьшится усиление каскада. Так как сопротивление конденсатора Сэ обратнопропорционально частоте сигнала, то усиление каскада с ростом частоты будет увеличиваться.R1, R2и Rэ выполняют также функцию стабилизации точки покоя при воздействии дестабилизирующих факторов на каскад, например, при изменении температуры окружающей среды.При увеличении коллекторного тока с ростом температуры окружающей среды увеличивается падение напряжения на Rэ. Уменьшается потенциал базы, что ведет к подзапиранию транзистора, компенсирующему первоначальный рост тока коллектора. Увеличение температуры приводит к смещению входных характеристик транзистора влево на величину ΔU ≈ 2*ΔТ мВ , а выходных характеристик – вверх на величину ΔIкТ ≈ ΔIК0 + Δα⋅IЭ , гдеΔТ – диапазон изменения температуры в градусах.3. Моделирование схемы усилителя переменного напряжения.3.1Моделирование схемы каскада в программе MultiSim .Использование электронных компьютерных симуляторов позволяет проверить правильность произведённых расчётов без макетирования схемы, что убыстряет и удешевляет разработку и изготовление электронных схем.Проверяем правильность произведённых в данной работе расчётов с помощью популярной программы электронного моделирования «MultiSim».Рис.3.1.Схема моделирования.Результат моделирования режима по постоянному току каскада усиления в схеме с общим эмиттером рис.1.2 показывает хорошее совпадение с расчётом параметров коллекторной цепи. В базовой цепи имеется отклонение от расчёта. Это вызвано, вероятно, тем, что статическая входная характеристика транзистора BC182B, отличается от статической входной характеристики транзистора КТ3102Г, параметры которого использовались при расчётах.Рис.3.2.Результаты моделирования.4.Заключение.Результатом выполнения данной курсовой работы является расчет основных характеристик усилительного каскада, выполненного на биполярном транзисторе.Рассмотренный в работе усилительный каскад обладает высоким коэффициентом усиления как по напряжению, так и по току: при Rн= 450 Ом, Еп = 13 Вкоэффициент усиления по постоянному току составил Ki=780 раз, а по напряжению - Ku= 43, 3 раз, что позволяет использовать такие каскады, например, в предварительных каскадах мощных усилителей.Для определения этих параметров каскада предварительно были определены по статическим характеристикам h-параметры транзистора в точке покоя, то есть при отсутствии полезного входного сигнала.При расчёте и построении функциональных зависимостей входной и передаточной проводимости от частоты входного сигнала, для упрощения вычислений и построения графиков был использован компьютер, математическая программа «Mathematica», это позволило существенно уменьшить трудоёмкость выполнения работы.Кроме того, компьютер использовался и для проверки произведённых расчётов режима постоянного тока с помощью электронного симулятора «MultiSim». Проверка показала хорошее совпадение расчётов для коллекторной цепи.Наибольшие трудности для меня вызвало освоение компьютерных программ «Mathematica» и «MultiSim», однако, по моему мнению, это является и наиболее важным результатом выполненной работы.Несомненно, что выполнение данной курсовой работы является отличным закреплением знаний, полученных при изучении дисциплины «Электроника», а также получение опыта разработки и расчета основных характеристик усилительных каскадов.Общие затраты времени на выполнение курсовой работы и оформление пояснительной записки составили почти 20 дней.Данная курсовая работа помогла более полно разобраться в методике расчета усилительных каскадов, которая будет полезна в моей будущей инженерной деятельности.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.] И.Г. Мамонкин. Усилительные устройства изд. «Связь» 1966 г. [Л4.] Методические указания по выполнению курсовой работы по предмету«Схемотехника».Комсомольский-на-Амуре государственный университет, 2020 год.Приложение 1.Расчёт и построение частотных зависимостей Y- параметров транзистора.