Расчет диференціального каскаду з транзисторным джерелом тока

ДЕРЖАВНИЙ КОМІТЕТ РОСІЙСЬКОЇ ФЕДЕРАЦИИ.

ПОВЫСШЕМУ ОБРАЗОВАНИЮ.

ТАГАНРОЗЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ РАДІОТЕХНІЧНИЙ УНИВЕРСИТЕТ.

Кафедра РЕС ЗиС.

ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА до курсової работе.

Розрахунок диференціального каскаду з транзисторным джерелом тока Выполнил Студент грн. И-48.

Сумин А. В.

Проверил до. т. зв. Доцент.

Халявко А. Н.

ТАГАНРОГ 1999.

Оглавление Техническое завдання … 2.

Введение

… 4.

Расчёт принципової електричної схеми по постійному току… 5.

Заключение

… 10.

Список літератури… 11.

Приложения… 12 Технічне задание.

Варіант № 17.

Розрахувати диференціальний каскад з транзисторным джерелом тока:

— перетворити принципову електричну схему те щоб у ній залишилися лише елементи, що впливають режим роботи з постійному току;

— вибрати активні компоненты;

— вибрати напруга джерела питания;

— вибрати становища робочих точок на характеристиках активних компонентов;

— розрахувати ланцюга схеми по постійному току;

— вибрати номінали і типи розрахованих пасивних компонентов;

— розрахувати споживані підсилювачем струм і мощность;

— скласти перелік елементів і зобразити їх конструкції і розташування висновків. Транзистори типу p-n-p. Зміна вхідного струму Iвх = (20 мкА. Принципова електрична схема:

Диференціальний усилительный каскад має дві входу й аж посилює різницю напруг, прикладених до них. Коли обидва входу подати однакове (синфазное) напруга, то посилення надзвичайно мало. Диференціальний усилительный каскад не посилює синфазный сигнал.

Диференціальний каскад і двох транзисторів, эмиттеры яких з'єднані і під'єднані до загальному резистору Rэ.

Каскад абсолютно симетричний, тобто. опір резисторів, вхідних до кожної плече, і параметри транзисторів однакові. І тут при рівних вхідних сигнали струми транзисторів рівні між собой.

Нехай вхідні напруги отримають однакові збільшення різних полярностей Ѕ?UВХ. Через війну струм одного транзистора збільшиться на ?ІК, а іншого стільки ж зменшиться. У цьому результуючий струм через резистор RЭ залишиться без зміни. Постійним буде виділена і падіння напруги на нем.

Якщо вхідний напруга змінити одному вході на? UВХ, це призведе до зміни струму через відповідний транзистор. Якби транзистор VT2 був відсутній, транзистор VT1 було б включений за схемою з ОЕ і струм у його ланцюга змінився на 2? IK. У цьому падіння напруга на RЭ збільшилася б на? U'Rэ.

Але збільшення падіння напруги на резисторе RЭ призведе до зменшенню різниці потенціалів між базою і эмиттером транзистора VT2 і струм його зменшиться, причому зміна струму транзистора VT2 буде таке, що збільшення напруг эмиттер — база обох транзисторів будуть однакові. Отже, зі збільшенням UВХ1 на? UВХ потенціал эмиттера збільшиться на? UВХ/2 що еквівалентно збільшення струму через резистор RЭ на? IK. У цьому прирощення напруги база — эмиттер для транзистора VT1 одно? UВХ/2 і - ?UВХ/2 для транзистора VT2. Струм кожного плеча зміниться на? IK. Вочевидь, що незалежно від цього, як у вхід каскаду подаються напруги, струми транзисторів у першому наближенні змінюються одинаково.

Коефіцієнт посилення за напругою диференціального каскаду при холостому ході окреслюється ставлення різниці вихідних напруг до різниці входных:

KU = (UВЫХ1 — UВЫХ2)/(UВХ1 — UВХ2).

Розрахунок принципової електричної схеми по постійному току.

Напруга харчування каскаду Єп 6 У (вибір Єп обгрунтовується позже).

Зміна вхідного змінного струму каскаду Iвх 20 мкА.

Перетворювати принципову електричну схему резисторного каскаду непотрібно т.к. все елементи впливають на режим роботи з постійному току.

Оскільки каскад диференціальний, його можна розділити на дві части:

Каскад 2 буде дзеркальним відображенням каскаду 1 тому досить розрахувати каскад 1, але з урахуванням те, що на колектор VT2 надходить подвоєний струм эмиттера VT1. Вибираємо тип транзистора VT1. Для нормального режиму роботи транзистора необхідним є дотримання условий:

Uкэ макр > Еп.

Iб = (1,5…2) Iвх.

Виконання цієї умови потрібно, щоб за зміні вхідного струму транзистор не входив у режим запирания.

Pк макр > Pк0.

Де Uкэ макр — максимально дозволене напруга між колектором і эмиттером;

Iб — струм бази на відсутності сигнала;

Pк макр — максимально допустима потужність, рассеиваемая на колекторі транзистора;

Pк0 — потужність, рассеиваемая на колекторі транзистора у робітничій точке.

Цим умовам відповідає транзистор ГТ310А з такими параметрами:

Uкэ макр = 10 В.

6 У < 10 В.

Pк макр =20 мВт.

(всі умови перевіряються позже).

Вхідні і вихідна статистичні характеристики транзистора ГТ310А наведено на рис. 1. На сімействі вихідних статистичних характеристик проводимо лінії Uкэ макр, Ік макр і Pк макр, обмежують область нормальної роботи транзистора.

Визначаємо величину струму бази (з урахуванням здобуття права за зміни вхідного сигналу транзистор не потрапляв в режим отсечки).

Iб = 2?|Iвх| = 40 мкА.

Для визначення становища робочої крапки над сімействі вихідних статистичних характеристик потрібно поставити Uкэ01. Розумно брати Uкэ01 мінімальним т.к. тоді видатки роботу підсилювача мінімальні. Т.к. брати Uкэ01 < 1 У безглуздо, в такому напрузі транзистор перебуває у нестабільної області, чому ми ще й маємо зміна вхідного струму. Тому візьмемо Uкэ01 рівним 2 В.

Uкэ01 = 2 В.

Тогда.

Iк01 = 1,9 мАЛО Iэ1 = Iк01 + Iб1 = 1,9 мАЛО + 0,08 мАЛО = 1,98 мА.

Струм колектора транзистора VT2 (рис. 2) дорівнюватиме подвоєному току эмиттера VT1.

Iк2 = 2? Iэ1 = 2· 1,98 мАЛО = 3,96 мА.

Напруга між эмиттером і землею транзистора VT1 рекомендовано вважати (0,3…0,4) Епт (див [6], ст 10). Візьмемо його рівним 0,4 Епт.

Тепер треба вибрати Єп. Він повинен бути якнайменше, ніж рассевалась зайва потужність. Мінімальна підходяще стандартне Еп=6 В т.к. беручи Еп=5 У той 5· 0,4 = 2 У і падіння напруги на резисторе R4 одно нулю т.к. 0,4· Еп — Uкэ02 = 2 У — 2 У = 0 В.

Uэз = 6?0,4 = 2,4 В.

Тоді точка на прямий Uкэ (рис. 1) дорівнюватиме падіння напруги на VT1 і R3, бо як знаємо Uэз то:

Uк1' = Єп — Uэз = 6 У — 2,4 У = 3,6 В.

Ік' < Ік макр (за графіком нагрузочной прямий рис. 1).

З графіка видно, що за будь-якого заданому зміні вхідного струму транзистор теж не виходить за експлуатаційні пределы.

Падіння напруги на резисторе R3 равно:

UR3 = Eпт — Uэз — Uкэ = 6 У — 2,4 У — 2 У = 1,6 В.

Відповідно R3 = UR3/IK0 = 1,6 В/(1,9?10−3) А= 842 Ом.

Також рекомендовано взяти струм дільника рівний п’яти струмів бази (див [6], ст 10):

Iб1 = 40 мкА.

IR1 = 6? Iб1 = 0,24?10−3 А IR2 = 5· Iб1 = 0,2· 10−3 А.

Напруга на резисторе R2 равно:

UR2 = Uэз + Uэб1 =2,4 У + 0,28 У = 2,68 У т.к. Uэб1 = 0,28 У (за графіком рис. 1).

Тоді R2 = UR2/IR2 = 2,68 В/0,2· 10−3 А = 13,4 кОм.

R1 =(Eпт — UR2)/IR1= (6 У — 2,68 В)/0,24· 10−3 А = 13,8 кОм.

Напруга на резисторе R4 равно:

UR4 = 0,4· Eпт — Uкэ2 = 2,4 У — 2 У = 0,4 В.

Iб2 = 0,08 мАЛО (за графіком рис. 2).

Iэ2 = Iк2 + Iб2 = 3,96 мАЛО + 0.08 мАЛО = 4,04 мА.

R4 = UR4/ Iэ2 = 0,4 В/4,04· 10−3 А = 100 Ом.

За графіком вхідних статистичних характеристик:

Iб2 = 80 мкА IR8 = Iб2 = 80 мкА.

Напруга на резисторе R8 равно:

UR8 = Eпт — Uбэ2 — UR4 = 6 У — 0,3 У — 0,4 У = 5,3 В.

R8 = UR8/Iб2 = 5,3 В/80· 10−6 У = 66 кОм.

Розрахунок потужностей використовуваних элементов.

Потужність транзистора VT1 у робітничій точке:

Pк0 = Iк0? Uк0 = 3,8 мВт.

Умова Pк макр > Pк0 выполняется.

Потужність транзистора VT1 у робітничій точке:

Pк0 = Iк0? Uк0 = 7,92 мВт.

Умова Pк макр > Pк0 выполняется.

Потужності резисторов:

PR1 = IR1? UR1 = 0,8 мВт.

PR2 = IR2? UR2 = 0,54 мВт.

PR3 = IR3? UR3 = 0,42 мВт.

PR4 = IR4? UR4 = 1,62 мВт.

PR8 = IR8? UR8 = 0,42 мВт.

Споживана потужність равна.

PП = IП? EП = (IR1+ IR3+ IR5+ IR6+ IR8)?EП = 26,2 мВт.

Оскільки елементи R1 і R2, R3 і R5, VT1 і VT3 відповідно рівні, то рівні й всі ці параметры.

Заключение

.

Розрахований у цій роботі диференціальний підсилювач має низку переваг перед базовим (розглянутим у вступі) диференційним підсилювачем. Більше стабільний джерело струму т.к. струм подається через транзистор VT2. Наявність дільника струму робить підсилювач стабільним при високих і низьких температурах. І разом з усіма перевагами підсилювач споживає порівняно малу потужність що дозволяє вживати малопотужні элементы.

1. Розробка й конструкторської документації радіоелектронної апаратури: Довідник / Під ред. Еге. Т. Романычевой.

2-ге вид., і доп. М.: Радіо і зв’язок, 1989 448с.

2. Степаненко І. П. Основи теорії транзисторів і транзисторних схем. 4-те вид. перераб. і доп. М.: Енергія, 1977 360с.

3. Транзистори для апаратури широко він: Довідник. М.: Радіо і зв’язок, 1989. 656с.

4. Резисторы: Довідник / Під общ. ред. І. І. Четверткова і У. М.

Терехова. М.: Радіо і зв’язок, 1987 352с.

5. Остапенко Р. З. Підсилювальні устрою: Учеб. Посібник для вузів. М.:

Радіо і зв’язок. 1989 400с.

6. А. У. Некрасов. Методичні вказівки до курсової роботу з курсу электроника.

Приложения.

———————————- Вых.2.

Вых.1.

Вх.1.

Вх.2.

— Епт.

VT2 1.

VT1 1.

VT3 1.

R7 1.

R4 1.

R21.

R8 1.

R6 1.

R5 1.

R3 1.

R1.

Вых.2.

Вх.2.

VT2 1.

Вых.1.

Вх.1.

VT2 1.

VT1 1.

R4 1.

R21.

R8 1.

R3 1.

R1.

— Епт.

VT3 1.

R7 1.

R4 1.

R8 1.

R6 1.

R5 1.

— Епт Каскад 1.

Каскад 2.

Рк макс=20 мВт.

?Iб=20 мкА.

Uкэ, В.

Iк, мА.

5 В.

0 В.

Uбэ, В.

0,3.

0,2.

?Iб=20 мкА мВт Рк макс=20 мВт.

0,1.

Iб, мкА.

Uкэ, В.

Iк, мА.

Uбэ, В.

0,3.

0,2.

0,1.

5 В.

0 В.

Iб, мкА.

Вых.2.

Рис. 1.

Рис. 2.

Вых.1.

Вх.1.

Вх.2.

ГТ310А.

VT1.

ГТ310А.

R7.

13,4k.

66k.

13,8k.

R1.

— Епт.

13,8k.

R3.

R5.

R1.

13,4k.

R2.

R4.

R8.

ГТ310А.

VT3.

VT2.

Коллектор База Эмиттер

Поз. обозначение Наименование Кол.

Резисторы.

R1.

R2.

R3.

R4.

R5.

R6.

R7.

R8.

МЛТ-0,125−13 кОм ±5%.

МЛТ-0,125−13 кОм ±5%.

МЛТ-0,125−820 Ом ±5%.

МЛТ-0,125−100 Ом ±5%.

МЛТ-0,125−820 Ом ±5%.

МЛТ-0,125−13 кОм ±5%.

МЛТ-0,125−13 кОм ±5%.

МЛТ-0,125−68 кОм ±5%.

Транзистор ГТ310А Резистор МЛТ.

Iк0.

Uк0.

Uк0.

Iк0.

Примечания.

Iк'.

Uк'.

Вых.2.

Вых.1.

Вх.1.

Вх.2.

[pic].

VT1 1.

VT2 1.

RЭ 1.

R2 1.

R1 1.

— Епт.