РАСЧЁТ ЭМИТТЕРНОГО ПОВТОРИТЕЛЯ » Буквы.Ру Научно-популярный портал

Исходные данные для расчета приведены в табл. 4.1.

Таблица 4.1

Расчётные данные

,В	, кОм	,Гц	, Гц	, Дб
0.5	200	10	50000	1.1

 

Определим величину мощности , которую может отдать источник сигнала в входную цепь усилителя при условии равенства входного сопротивления каскада :

, (4.1)

Вт

Считая, что в усилителе достаточно велико, используют составной транзистор по схеме с общим коллектором. При таком соединении коэффициент усиления каскада по мощности можно принять равным 20 Дб.

Из справочника выбираем транзисторы типа МП111A с параметрами приведенными в табл.4.2.

 

 

 

 

Таблица 4.2

Параметры транзистора

коэффициент усиления по току	максимально допустимое напряжение коллектор-эмитттер,В	максимально допустимый ток коллектора, мА	максимальная мощность рассеивания на коллекторе, мВт	выходная полная проводимость, мкСм	граничная частота транзистора, МГц
20	10	20	150	1.25	1

 

Напряжение источника питания в цепи коллектора составляет от 0.4 до 0.5 максимально допустимого напряжения коллектор-эмиттер. Примем равным 5 В.

Максимальное значение входного сопротивления каскада определяется как половина сопротивления коллекторного перехода, которое в свою очередь вычисляется по формуле:

, (4.2)

Ом

Определив получаем, что равно 400 кОм.

Частотные искажения на высшей частоте диапазона частотными свойствами транзисторов и их схемой включения. Для схемы эмиттерного повторителя:

, (4.3)

где: ;

— высшая частота диапазона;

— граничная частота транзистора;

— коэффициент усиления по току

в схемах с общим эмиттером.

Сопротивление нагрузки каскада находим по формуле:

, (4.4)

где: — напряжение между коллектором и

эмиттером транзистора VT2 в ре-

жиме покоя;

— ток эмиттера в режиме покоя.

Для повышения входного сопротивления и снижения уровня шума примем = 2.5 В, а ток= 0.5 мА.

Ом

Из ряда номинальных сопротивлений выбираем номинал который равен 5.1 кОм. На основании полученных данных выбираем резистор С2-23-0.125-5.1кОм5%.

Чтобы определить и примем ток делителя, созданный этими сопротивлениями, равным 0.2 мА. Используя отношение , из формулы :

, (4.5)

Ом

Ом

Из ряда номинальных сопротивлений выбираем номиналы регистров и равными 6.2 кОм и 18 кОм соответственно. На основании полученных данных выбираем резисторы С2-23-0.125-6.2кОм5% и С2-23-0.125-18кОм5% соответственно.

Определим ёмкость разделительного конденсатора :

, (4.6)

где: — выходное сопротивление эмиттерного

повторителя равоне 150 Ом;

— нижняя частота диапазона усиления;

— частотные искажения на НЧ от .

Частотные искажения на низких частотах, которые возникают в схеме из-за и определим по формулам:

, (4.7)

, (4.8)

Дб

Дб

В относительных единицах:

мкФ

Из ряда номинальных ёмкостей выбираем значение ёмкости равное 0.22 мкФ. Рабочее напряжение много больше . На основании полученных данных выбираем конденсатор К53-4А-0.22мкФ10%.

Найдём ёмкость разделительного конденсатора на входе усилителя:

, (4.9)

мкФ

Из ряда номинальных ёмкостей выбираем значение ёмкости = 0.1 мкФ. Рабочее напряжение много больше . На основании полученных данных выбираем конденсатор К53-4А-0.1мкФ10%.

2.5 Пример расчета схемы эмиттерного повторителя

Исходные данные:

— схема на рис.2.4;

— напряжение питания U_п = 15 В;

— ток покоя коллектора I_к=1 мА;

— нижняя частота сигнала f_н= 20 Гц;

— тип транзистора npn.

Перед расчетом схемы по справочнику необходимо выбрать транзистор, исходя из заданного типа, напряжения питания, коллекторного тока и мощности, рассеиваемой транзистором. При расчете использовать минимальное значение из диапазона, приведенного в справочнике. В данном примере выберем транзистор КТ 373А с=100.

Расчет по постоянному току

1) Выберем напряжения U_э.

Для получения симметричного сигнала на выходе без срезов необходимо, чтобы выполнялось условие U_э=0.5 U_п.=7.5В.

2) Рассчитаем сопротивление R_э.

Ток покоя коллектора транзистора равен 1 мА и приблизительно равен току покоя эмиттера., поэтому R3=U_э / I_э= 7.5В/1мА = 7.5 Ком.

3) Определим сопротивления делителя напряжения R1, R2.

Напряжение на базе транзистора U_б= U_бэ+ U_э= 0.6В + 7.5В = 8.1В.

Определим ток базы транзистора I_б= I_к/= 1мА / 100 = 0.01мА.

Выберем ток делителя равным I_д= 10I_б=0.1мА.

R2= U_б/ I_д=8.1В / 0.1мА = 81 Ком.

R1= (U_п— U_б) / (I_д + I_б) = (15В — 8.1В) / (1мА + 0.01мА) = 68 Ком.

После определения расчетных величин сопротивлений следует выбрать их номинальные значения из 5 % ряда номиналов, выпускаемых промышленностью.

Расчет по переменному току

Расчет по переменному току сводится к определению величин емкостей С1 и С2.

1) Емкость С1 и входное сопротивление усилителя образуют фильтр верхних частот. Из формулы для частоты среза фильтра можно найти значение С1. Частоту среза следует принять равной f_н. При определении входного сопротивления усилителя необходимо учесть, что переменный входной сигнал протекает на землю через сопротивления делителя напряженияR1 иR2 и базу транзистора. Таким образом, входное сопротивление усилителя равно параллельному включению резисторов делителяR1,R2 и входному сопротивлению усилителяr_вх, определяемого по формуле (2.2).

Определим R_д= R1R2 / (R1+R2)= 40 Ком,

r_вх= R3= 750 КОм,

R_вх= R_дr_вх/ (R_д+ r_вх) = 38 КОм.

C1 1/ 2f_нR_экв= 0.21 мкФ.

2) Емкость С2 с нагрузкой также образует RC– фильтр высоких частот. Величину сопротивления нагрузки выбираем равной сопротивлениюR_э, т.к. в этом случае в нагрузку отдаетс ямаксимальная мощность.

С2 1 / 2f_нR_э= 1 мкФ.

Так как, в схеме получили двухкаскадный фильтр высоких частот, то для предотвращения снижения амплитуды сигналов на самой низкой частоте емкости следует взять немного больше из стандартного ряда номиналов. Например С1= 1 мкФ, С2 = 3.3 мкФ.

2.6. Контрольные вопросы

1. Нарисуйте схему простейшего усилителя эмиттерного повторителя и объясните его работу?

2. Приведите временные диаграммы работы усилителя

3. Почему усилитель пропускает на выход тольеко положительную полуволну синусоидального входного сигнала

4. Чему равен коэффициент усиления по напряжению ЭП?

5. Выведите формулу коэффициента усиления по напряжению ЭП.

6. Дайте определение входному сопротивлению ЭП.

7. Выведите формулу для входного сопротивления.

8. Дайте определение выходному сопротивлению ЭП.

9. Выведите формулу для выходного сопротивления.

10. Чем отличается работа ЭП от однополупериодного выпрямителя?

11. Как задать напряжение смещения в ЭП?

12. Приведите схему ЭП с цепью смещения.

13. Объясните работу схемы ЭП с цепью смещения.

14. Нарисуйте временные диаграммы работы схемы ЭП с цепью смещения.

15. Выполните моделирование рассчитанной схемы ЭП.

2.05. Смещение в эмиттерном повторителе

ГЛАВА 2. ТРАНЗИСТОРЫ

НЕКОТОРЫЕ ОСНОВНЫЕ ТРАНЗИСТОРНЫЕ СХЕМЫ

Если на эмиттерный повторитель должен поступать сигнал с предшествующего каскада схемы, то лучше всего подключить его непосредственно к выходу предыдущего каскада, как показано на рис. 2.14. Так как сигнал на коллекторе транзистора Т₁ изменяется в пределах диапазона, ограниченного значениями напряжения источников питания, то потенциал базы Т₂ всегда заключен между напряжением U_кк и потенциалом земли, а следовательно, Т₂ находится в активной области (не насыщен и не в отсечке). При этом переход база-эмиттер открыт, а потенциал коллектора, по крайней мере на несколько десятых долей вольта больше, чем потенциал эмиттера. В некоторых случаях вход эмиттерного повторителя и напряжение питания неудачно соотносятся друг с другом, и тогда может возникнуть необходимость в емкостной связи (или связи по переменному току) с внешним источником сигнала (например, это относится к сигнальному входу высококачественного усилителя низкой звуковой частоты). В этом случае среднее напряжение сигнала равно нулю, и непосредственная связь с эмиттерным повторителем приведет к тому, что сигнал на выходе будет изменяться относительно входа, как показано на рис. 2.15.

Рис. 2.15. Транзисторный усилитель с положительным источником питания не может генерировать на выходе импульсы отрицательной полярности.

В эмиттерном повторителе (а фактически в любом транзисторном усилителе) необходимо создать смешение для того, чтобы коллекторный ток протекал в течение полного периода сигнала. Проще всего воспользоваться для этого делителем напряжения (рис. 2.16). Резисторы R₁ и R₂ выбраны так, что в отсутствие входного сигнала потенциал базы равен половине разности между напряжением источника U_кк и потенциалом земли, т. е. сопротивления R₁ и R₂ равны. Процесс выбора рабочих напряжений в схеме в отсутствие поданных на ее вход сигналов называется установкой рабочей точки или точки покоя. Для этой схемы, как и в большинстве случаев, точку покоя устанавливают так, чтобы на выходе формировался максимальный симметричный сигнал (без ограничений или срезов). Какими должны быть при этом сопротивления резисторов R₁ и R₂? Применяя общий подход (разд. 1.05), допустим, что импеданс источника смещения по постоянному току (импеданс со стороны выхода делителя) мал по сравнению с импедансом нагрузки (импеданс по постоянному току со стороны базы повторителя). Тогда

На стабилитроне рассеивается мощность:

R₁ || R₂ « h_21эR_э.

Из этого соотношения следует, что ток, протекающий через делитель напряжения, должен быть больше, чем ток, протекающий по цепи базы.

Рис. 2.16. Эмиттерный повторитель со связью по переменному току. Обратите внимание на делитель напряжения в цепи смещения базы.

Пример разработки схемы эмиттерного повторителя. В качестве примера разработаем схему эмиттерного повторителя для сигналов звуковой частоты (от 20 Гц до 20 кГц) Напряжение U_кк составляет +15 В, ток покоя равен 1 мА.

Шаг 1. Выбор напряжения U_э. Для получения симметричного сигнала без срезов необходимо, чтобы выполнялось условие (U_э = 0,5 U_кк, или +7,5 В).

Шаг 2. Выбор резистора R_э. Ток покоя должен составлять 1 мА, поэтому R_э = 7,5 кОм.

Шаг 3. Выбор резисторов R₁ и R₂. Напряжение U_б — это сумма U_э + 0,6 В, или 8,1 В. Из этого следует, что сопротивления резисторов R₁ и R₂ относятся друг к другу как 1:1,17. Учитывая известный уже нам критерий выбора нагрузки, мы должны подобрать резисторы R₁ и R₂ так, чтобы сопротивление их параллельного соединения составляло приблизительно 75 кОм или меньше (0,1 от произведения 7,5 кОм на h_21э). Выберем следующие стандартные значения сопротивлений: R₁ = 130 кОм, R₂ = 150 кОм.

Шаг 4. Выбор конденсатора С₁. Конденсатор С₁ и сопротивление нагрузки источника образуют фильтр высоких частот. Сопротивление нагрузки источника есть параллельное соединение входного сопротивления транзистора со стороны базы и сопротивления делителя напряжения базы. Предположим, что нагрузка схемы велика по сравнению с эмиттерным резистором, тогда входное сопротивление транзистора со стороны базы равно h_21эR_э те- составляет ≈750 кОм. Эквивалентное сопротивление делителя равно 70 кОм. Тогда нагрузка для конденсатора составляет 63 кОм и емкость конденсатора должна быть равна по крайней мере 0,15 мкФ. В этом случае точке — 3 дБ будет соответствовать частота, меньшая чем 20 Гц.

Шаг 5. Выбор конденсатора С₂. Конденсатор С₂ и неизвестный импеданс нагрузки образуют фильтр высоких частот. Мы не ошибемся, если предположим, что импеданс нагрузки не будет меньше R_э. Тогда для того, чтобы точке — 3 дБ соответствовало значение частоты, меньшее чем 20 Гц, емкость конденсатора С₂ должна быть равна по крайней мере 1.0 мкФ. Так как мы получили двухкаскадньга фильтр высоких частот, то для предотвращения снижения амплитуды сигнала на самой низкой из интересующих нас частот емкости следует взять немного поболыне. Вполне подойдут следующие значения: С₁ = 0,5 и С₂ = 3,3 мкФ.

Эмиттерные повторители с расщепленными источниками. В связи с тем что сигналы часто находятся «возле земли», удобно использовать симметричное питание повторителей — с положительным и отрицательным напряжением. В такой схеме легче обеспечить смещение, и для нее не нужны развязывающие конденсаторы (рис. 2.17).

Рис. 2.17. Эмиттерный повторитель со связью по постоянному току с расщепленным источником питания.

Замечание: в схеме обязательно должна быть предусмотрена цепь постоянного тока для тока базы, даже если этот ток течет просто «на землю». В схеме на рис. 2.17 эту роль играет источник сигнала, соединенный с землей по постоянному току. Если же это не так (например, имеется емкостная связь с источником), то следует предусмотреть связь базы с землей через резистор (рис. 2.18). Как и прежде, сопротивление R_б должно составлять приблизительно 0,1 от произведения h_21эR_э.

Рис. 2.18.

Упражнение 2.5. Разработайте эмиттерный повторитель с источником напряжения +15 В для диапазона звуковых частот (20 Гц — 20 кГц). Ток покоя равен 5 мА, на входе имеется емкостная связь.

Рис. 2.19. Не следуйте этому примеру!

Пример плохого смешения. К сожалению, иногда встречаются такие неудачные схемы, как на рис. 2.19. При выборе резистора R_б для этой схемы предположили, что коэффициент h_21э имеет определенное значение (100), оценили величину тока базы и предположили, что падение напряжения на R_б составит 7 В. Расчет схемы выполнен плохо; коэффициент h_21э не следует брать за основу расчета, так как его значение может существенно изменяться. Если напряжение смешения задать с помощью делителя напряжения, как в рассмотренном выше примере, то точка покоя будет нечувствительна к изменениям коэффициента β. Например, в предыдущей схеме напряжение на эмиттере увеличится всего на 0,35 В (5%), если вместо номинальной величины h_21э = 100 будем иметь величину h_21э = 200. На примере эмиттерного повторителя мы показали вам, как можно попасть в ловушку и разработать никуда не годную схему. Такие ошибки возможны и в схемах с другим включением транзисторов (например, дальше в этой главе будет представлена схема с общим эмиттером).

Модель Эберса-Молла для основных транзисторных схем

Расчет эмиттерного повторителя

7.5. Расчет эмиттерного повторителя.

В разрабатываемой принципиальной схеме эмиттерный повторитель служит как буферное устройство между выходом регистра сдвига и модулятором, чтобы ослабить влияние одного на другого. Рассчитаем эмиттерный повторитель имеющий следующие данные: f_н = 300 Гц, f_в =5000 Гц, М_н < 1.04, Т_мин = 10 ⁰ С, Т_мах = 30 ⁰ С. Напряжение питания каскада Е_п = 8 В. Нагрузкой эмиттерного повторителя служит входная цепь частотного модулятора. Для однотипности применим в качестве активного элемента транзистор КТ 201 Д, параметры которого приведены в разделе «расчет сумматора». При использовании эмиттерного повторителя в качестве буфера рекомендуется выбирать U_кэ0 = 2..3 В; I_{к.покоя.} < 1мА   [14].

Берем U_к.э.о =2.5 В; I_к0 = 0.5 мА.

По статическим характеристикам КТ 201 Д при включении по схеме с общим коллектором находим рабочую точку [9]: U_б.э. = 0.12 В, R_вх = 1800 Ом. Определяем сопротивление R_э эмиттерного повторителя: R_э = 11 кОм.

Определим сопротивление нагрузки цепи эмиттера переменному току:

R_э~ = R_{эRд.сл. Rвх.тр.сл /(RэRд.сл + Rэ Rвх.тр.сл + Rд.сл. Rвх.тр.сл ) = 965 Ом.}

Где: R_д.сл. = R1_сл. R2_сл. /  R1_сл.  + R2_сл = 8800 Ом.

Входное сопротивление транзистора в эмиттерном повторителе составит:

 

Где R_вх.об. = 42 Ом, найдено по входной статической характеристике КТ201Д для включения с общей базой и I_к0 = I_э0 = 0.5 мА.

Если сопротивление источника сигнала равно 24 Ом, то входное сопротивление транзистора в эмиттерном повторителе равно:

R_{вых.о.к.} = R_вх.об. + R_н (1 — a_мин. ) = 42.5 Ом.

 Коэффициент усиления тока и напряжения

К_т. = R_э / (1 — a_мин. )R_{вх.тр.сл.} = 41.25

К = R_э / R_вх.об + R_э = 0.959.

Входное напряжение сигнала равно:

U_вх~ = U_вх.~сл.  / К = 12.2´10^-3 В.

Расчет стабилизации проведен с учетом замены транзистора эквивалентной схемой, задавшись значением R2:

R2 = (3…10) R_вх.сл. = 7 ´ 50300 = 352100 Ом.(стандарт 0.33 Мом).

 

R1 = Е_к – U_бэ0 / I_д + I_б.ср.

Где: U_бэ0 = 0.65 В, I_д = 0.48 мА, I_б = 0.16 мА.

R1 = 12 кОм.

R_{вых.э.п.} =  R_э R_{вых.о.к.} / R_э + R_{вых.о.к.} = 952 Ом.

R_вх.сл. = R_вх.сл. / R_вх.сл. + R_д.сл. = 1060 Ом.

Емкость разделительного конденсатора:

 

Где М_нс = 1.03, оставив на конденсатор входной цепи М_н = 1.01.

С_р = 10.25 мкФ.

Конденсатор берем электролитический с емкостью не мене рассчитанной.

Эмиттерный повторитель имеет входное сопротивление.

R_вх.эп. = ( R_вх.щк. ´ R_д.эп. ) /  (R_вх.щк. + R_д.эп. ) = 28500 Ом.

Входное напряжение сигнала U_вх~ = 12.2 мВ и входной ток:

I_вх~ = U_вх~ / R_вх.э.п. = 0.43 ´ 10^-3 мА.

Рассчитаем емкость входного конденсатора С:

 

С_р = 0.01 мкФ.

Где R_вых = 25 Ом.

R _{д э.п.} = R1 ´ R2 /  R1 + R2 = 11 кОм.

R_вх.сл. = 28500 Ом.

Коэффициент искажений на верхних частотах:

 

Где С₀ = С_эд =0.16 / f_гр ( R_вх.об. + R_э~ ) = 75 пФ.

R_экв = R_н ´ R_вх.сл. / R_н + R_вх.сл. = 18150 Ом.

                                                                                             

                                                                                                E_п

                             R1 

 

                                 VT

                                                                       С_р

 

       U_вх                 R2                          R_э                        U_вых 

 

Эмиттерный повторитель | Техника и Программы

Расчет схемы эмиттерного повторителя

Если для оптимальной передачи напряжения в последующую цепь выходное сопротивление должно быть уменьшено, то от применения трансформатора будет мало пользы, так как одновременно с уменьшением сопротивления будет происходить понижение напряжения. Значительно более удовлетворительное решение этой проблемы дает использование транзистора в схеме эмиттерного повторителя (в схеме с общим коллектором). В этой схеме, типичный пример которой представлен на рис. 5.13, коэффициент усиления напряжения лишь чуть меньше единицы. Однако, благодаря усилению тока в транзисторе, эмиттерный повторитель понижает выходное сопротивление любого источника сигнала, подключенного к его входу.

Как следует из названия «с общим коллектором», коллектор транзистора напрямую соединяется с шиной питания, которая, с точки зрения сигнала, является тем же самым, что и общая шина (земля), поскольку источник питания всегда бывает спроектирован так, чтобы сопротивление со стороны его выхода было очень мало для сигнала. Подключаемый на выходе резистор нагрузки R_L находится в цепи эмиттера, тогда как входной сигнал подается, как обычно, между базой и землей.

Прежде чем рассматривать поведение эмиттерного повторителя по отношению к переменным сигналам, стоит обсудить состояние покоя по постоянному току (в отсутствие сигнала). Как и в усилителе с транзистором, включенном по схеме с общим эмиттером (см. гл. 1), мы должны обеспе

Рис. 5.13. .

чить возможность для выходного сигнала колебаться как в положительную сторону (по направлению к шине питания), так и в отрицательную сторону (по направлению к земле). Для того чтобы выходной сигнал имел возможно больший размах, следует выбрать напряжение покоя на эмиттере посредине между землей и питанием, то есть около 4,5 В в данном примере.

Если выбрать R_L равным 4,7 кОм, то начальное значение эмиттерного тока покоя будет равно 1 мА. Эта величина (1 мА) выбрана здесь совершенно произвольно такой же, какой она была в усилителе с транзистором, включенным по схеме с общим эмиттером. Выбор тока покоя зависит от переменного тока, необходимого для создания выходного напряжения сигнала: чем больше требуемый размах тока, тем большим должен быть ток покоя, чтобы схема оставалась в линейном режиме. Этот вопрос еще будет уточнен в разд. 5.17.

С помощью базового резистора смещения R_B в переход база-эмиттер подается базовый ток, достаточный для поддержания требуемого тока эмиттера. В данном примере мы предположили, что коэффициент усиления тока h_FE транзистора типа ВС 107 равен 200. Таким образом, для поддержания эмиттерного тока, равного 1 мА, требуется базовый ток величиной 1/200 мА = 5 мкА. Этот ток будет течь по резистору R_B, чье сопротивление рассчитывается по закону Ома в предположении, что напряжение на базе равно напряжению на эмиттере (4,5 В). Тогда на резисторе R_B падает примерно (9 – 4,5) В и текущий по нему ток равен 5 х Ю^-6 А, откуда

Таким образом, эмиттерный повторитель уменьшает выходное сопротивление генератора в число раз, равное коэффициенту усиления тока транзистора. Если выходное сопротивление генератора очень велико (сравнимо с Rjh_fJ, то сопротивление R_L должно быть учтено как включенное параллельно найденному выходному сопротивлению эмиттерного повторителя. Если сопротивление источника сигнала на входе эмиттерного повторителя пренебрежимо мало (R_s = 0), то выходное сопротивление равно эквивалентному сопротивлению г_е перехода база—эмиттер.

Литература: М.Х.Джонс, Электроника — практический курс Москва: Техносфера, 2006. – 512с. ISBN 5-94836-086-5

Двухтактный эмиттерный повторитель

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 8Следующая ⇒

Стандартная схема приведена на рис. 2.7. Усилитель собран на комплементарной паре транзисторов VT1 и VT2.

Нагрузка подключается между двумя эмиттерными сопротивлениями

 

Рис. 2.7. Двухтактный эмиттерный повторитель

 

и корпусом. Входная день содержит базовые сопротивления R_б, которые выполняют роль стабилизаторов тока и вместе с резисторами R₁, R₂ и стабисторами VD1 и VD2 задают необходимое смещение на базе в режиме покоя. Эмиттерные повторители, как правило, работают в режиме класса АВ, реже — в режиме класса В.

Двухтактный эмиттерный повторитель часто используется в многокаскадных схемах на выходе, после операционных усилителей, поэтому важным параметром ЭП служит его входное сопротивление. Оно не должно быть меньше минимального возможного сопротивления нагрузки операционного усилителя. При работе в режимах классов В и АВ транзисторы открываются поочередно. При поступлении положительной полуволны входного сигнала открыт n−р−n транзистор VT1 и закрыт р–n−р транзистор VT2. Ток протекает через входную и выходную цепи транзистора VT1 и по цепи: вход →R₂ →VD2 → R_б2 → -Un в нижней части схемы. Поэтому входное сопротивление каскада есть сопротивление двух параллельных ветвей:

Здесь и — сопротивление диодов — стабисторов переменному току, эти сопротивления малы по сравнению с другими сопротивлениями схемы и в дальнейшем мы не будем их учитывать. Через обозначено сопротивление входной цепи открытого транзистора VT1:

Аналогично вычисляется сопротивление при поступлении отрицательной полуволны входного сигнала. Однако в момент переключения могут оказаться открытыми оба транзистора. Поэтому для расчета минимального входного сопротивления эмиттерно-го повторителя разумно пользоваться эквивалентной схемой, изображенной на рис. 2.8. Поскольку сопротивления в верхней и нижней частях схемы рис. 2.7 одинаковы, при расчетах принято, что и

Сопротивление кцэ и коэффициент h_11э можно определить по статическим характеристикам транзистора. Следует только учесть, что при изменении базового тока величина h_11э тоже меняется. Наименьшее значение этот параметр имеет при максимальном токе базы. Как правило, именно это значение h_11э.min и используют в расчетах для оценки наименьшего входного сопротивления каскада.

Рис. 2.8. Эквивалентная схема для расчета минимального входного сопротивления двухтактного эмиттерного повторителя

 

Общее входное сопротивление усилителя, как следует из схемы рис. 2.8, равно:

(2.30).

Как известно, эмиттерный повторитель не усиливает напряжение:

(2.31)

так как:

(2.32)

. (2.33)

Входной ток I_вх.т много меньше тока нагрузки, а напряжение на стабисторе много меньше выходного напряжения, поэтому последние два члена в (2.32) можно не учитывать. Тогда

. (2.34)

Коэффициент усиления по току:

. (2.35)

ЗАДАЧИ

 

3адача 2.4.1. Двухтактный эмиттерный повторитель собран на комплементарных транзисторах КТ 825, КТ 827. В схеме использованы стабисторы 2С 113 А с параметрами: U_ст = 1, 2 В, минимальный ток стабилизации I_ст.min = 1 мА, максимальный ток стабилизации I_ст.mах = 100 мА. Напряжение питания U_п = 40 В, амплитуда напряжения на нагрузке U_н.т= 25 В, сопротивление нагрузки R_н = 5 Ом, R_б = 4 кОм, сопротивления в эмиттерных цепях транзисторов R_Э = 1 Ом. Статический коэффициент передачи тока транзистора h_21э= 5000. Определить: К_U, R_1,2, минимальное R_вх.эп и токи через стабисторы I_VD1 и I_VD2 при максимальном входном сигнале. Каскад работает в режиме класса АВ, I_бп = 0,1I_б.т.

 

Решение. 1). Ток в нагрузке

Отсюда , а

2) Коэффициент усиления каскада по напряжению

, а

3). По входной характеристике (рис. П.2) можно оценить U_бэп= 1,2 В и h_11э при I_б и I_б.т. Получим h_11э = 260 Ом. Тогда сопротивление входной цепи транзистора

4). Чтобы определить значения R₁,R₂, нужно знать падение напряжения на этих сопротивлениях в режиме покоя и ток через делитель I_дп (т. е. через сопротивление R_б) в режиме покоя. Для этого вычислим потенциал базы транзистора VT1 U_бп в режиме покоя:

.

Учитывая, что в режиме класса АВ ток I_эп = 0,1I_э.т = 500 мА, имеем

а падение напряжения на резисторе R₁

Ток I_дп1 через сопротивление R₁ в режиме покоя равен току через сопротивление R_б минус ток I_бп.

и

5). Зная r_{вх VT}, R_б и R₁, можно определить минимальное входное сопротивление каскада

6). При положительном входном сигнале открывается транзистор VT1. При этом ток через резистор R_б

_.

Тогда 2-ой закон Кирхгофа для участка цепи от +U_п до входа усилителя:

Откуда

Подставив численные значения, получим

7). При положительном входном сигнале транзистор VT2 закрыт, поэтому 2-ой закон Кирхгофа для участка цепи от входа до -U_п:

,

Ответ: К_U = 0,83; R₁ = 0, 27 кОм; I_VD1 = 1 мА; I_VD2 = 16,1 мА.

Задача 2.4.2. В условиях предыдущей задачи определить входное сопротивление каскада при максимальном входном сигнале, коэффициент усиления по току K_I и коэффициент полезного действия усилителя.

Решение.

1). При максимальном входном сигнале открыт транзистор VT1 и закрыт транзистор VT2. Поэтому сопротивление верхней части схемы

2). Сопротивление нижней части схемы

.

3). Отсюда входное сопротивление каскада

4). Коэффициент усиления по току K_I найдем по формуле (2.35):

.

5). Мощность, выделяемая в нагрузке, равна

Мощность, потребляемая от двух источников питания, равна

где θ = ωt, а ω – круговая частота усиливаемого сигнала.

Проинтегрировав синусоидальную функцию, получим:

Из расчета видно, что потери мощности в базовом делителе сравнительно малы. Коэффициент полезного действия каскада равен

Ответ: R_вх.эп = 2 кОм; K_I = 332; η 49%.

Задача 2.4.3. Двухтактный эмиттерный повторитель без стабисторов собран на транзисторах КТ 825 А, КТ 827 А. Известно, что U_п = 28 В, U_н.т = 14 В, R_н = 2 Ом; R_э = 1 Ом; h_21э = 3000. Каскад работает в режиме класса В, U_эп = U_бэ.пор = 1 В. Ток делителя покоя через сопротивление R_б равен 0,45I_б.т. Определить К_U, R₁, R_б, минимальное входное сопротивление каскада и входное сопротивление каскада при максимальном отрицательном напряжении входного сигнала.

Решение.

1). Коэффициент усиления по напряжению К_U = 2/3 = 0,67;

2). Ток в нагрузке I_н.т =I_к.т = 7 А, отсюда I_б.т 2,3 мА

3). Из входной характеристики (рис. П.2) можно оценить минимальное входное сопротивление транзисторов: 1ъцэ = 200 Ом.

4). Ток делителя покоя I_дп = 0,45I_б.т = 1 мА.

Отсюда с учетом того, что I_бп = 0,

5). Сопротивление входной цепи транзистора

и минимальное входное сопротивление каскада

6). При максимальном отрицательном напряжении входного сигнала транзистор VT1 закрыт, а транзистор VT2 открыт. Входное сопротивление каскада R_вх равно сопротивлению параллельно соединенных r_в и r_н:

Таким образом

Ответ: К_U = 0,67; R₁ = 1 кОм; R_б = 27 кОм; R_{вх.эп.min} = 4 кОм; R_вх = 6,2кОм.

Задача 2.4.4. Двухтактный эмиттерный повторитель собран на комплементарных транзисторах КТ 825 А, КТ 827 А. Каскад работает в режиме класса АВ, I_бп = 0,1I­_б.т, U_бэп = 1,2 В. Стабисторы 2С 113 А имеют напряжение стабилизации 1,2 В; I_{ст. min} = 1 мА; I_ст,mах = 100 мА; U_п = 35 В; U_н.т = 12 В; R_н = 2 Ом; R_э = 1 Ом; R_б = 3 кОм; R₁ = 0. Принять, что h_11э = 120 Ом; h_21э = 2000. Определить К_U, минимальное R_вх.эп и токи, протекающие через стабисторы при максимальном положительном входном сигнале.

Задача 2.4.5. В условиях предыдущей задачи нет стабисторов, а есть сопротивления R₁, R₂. U_п = 32 В; R_б = 30 кОм. Определить R₁, R₂ и минимальное R_вх.эп.

Задача 2.4.6. Двухтактный эмиттерный повторитель собран на комплементарных транзисторах КТ 825 А и КТ 827 А. Стабисторы КС 107 А имеют напряжение стабилизации U_CT = 0, 715 В; минимальный ток стабилизации I_{ст. min} = 1 мА; максимальный I_ст.mах = 100 мА; U_п = 35 В; U_н.т= 12 В; R_н = 2 Ом; R_э = 1 Ом; R_б = 3 кОм; R₁ = 430м; h_11э = 120 Ом; h_21э = 2000; I_бп = 0,1I_б.т, U_бэп = 1,2 В. Определить K_U, минимальное R_вх.эп и токи, протекающие через стабисторы при максимальном положительном входном сигнале. Сопротивлением стабисторов можно пренебречь.

Задача 2.4.7. В схеме двухтактного эмиттерного повторителя на комплементарных транзисторах КТ 860, КТ 861 использованы стабисторы 2С107 А, имеющие напряжение стабилизации U_ст = 0, 7 В; минимальный ток стабилизации I_ст,min = 1 мА, максимальный I_ст.mах = 100 мА; U_п = 30 В; U_н.т = 12 В; R_н = 20 Ом; R_э = 2 Ом; R_б = 2,7 кОм; R₁ = 0, h_21э = 130. Каскад работает в режиме класса АВ, поэтому принять, что I_бп = 0,1I_б.т— Определить K_U, минимальное R_вх.эп и величину входного сопротивления при максимальном отрицательном напряжении входного сигнала. Характеристики транзистора КТ 860 приведены на рис. П.1.

 

3адача 2.4.8. В схеме двухтактного эмиттерного повторителя на комплементарных транзисторах КТ 860, КТ 861 нет стабисторов. U_п = 15 В; U_н.т = 8 В; R_н = 10 Ом; R_э = 1 Ом, h_21э = 125. Каскад работает в режиме класса АВ, поэтому I_бп = 0,1I_б.т, U_бэп = 0, 72 В. Определить сопротивления R_б и R₁, обеспечивающие ток делителя покоя (т. е. ток через сопротивление R_б) I_дп = 3I_бп. Характеристики транзистора КТ 860 приведены на рис. П.1.

 

ОТВЕТЫ К ЗАДАЧАМГЛАВЫ 2

 

2.1.2. I_бп = 2, 2 мА, U_6эп = 0,73 В,I_кп = 370 мА, U_кэп = 2, 25 В, h_11э =

= 22 Ом. 2.1.3. I_бп = 6 мА, U_бэп = 0,93 В, I_кп = 0, 7 A, U_кэп = 8,8 В, h_11э = 17 Ом. 2.1.4. I_бп = 6, 2 мА, U_бэп = 0,95 В; I_кп = 840 мА, U_кэп = 7 В, h_11э = 17 Ом. 2.1.5. I_бп = 75 мкА, U_бэп = 0, 73 В, I_кп = 4,1 мА, U_кэп = 10 В, h_11э = 710 Ом.

2.2.6. R_к = 5, 25 Ом, К_I = 16, 7. 2.2.7. Rк = 7 Ом, К_U = 25, Р_вх = 14 • 10^-6 Вт, Р_н = 8, 75 мВт. Если отпаять Сэ, то K_U = 3, Р_вх = 1,68 • 10^-6 Вт, Р_н = 126 • 10^-6 Вт. 2.2.8. Р_н = 600 Ом, K₁ = 2,18. 2.2.9. К_U = 67, Р_вх = 27,4 • 10^-6 Вт, Р_н = 3,33 мВт. Если отпаять С_э, то K_U = 6,07, Р_вх = 7,0 • 10^-6 Вт, Р_н = 27,5 • 10^-6 Вт. 2.2.10. К_U = 288, K_U = 29, 5, Кр = 8496, R_н следует уменьшить, но не более, чем до 2,66 кОм. 2.2.11. К_U = 200, K_I = 8,18, K_P = 1636. Если отпаять Сэ, то /IV = 32,8, = 4, 24, КР = 139. 2.2.12. Рк = 3700 Ом, C_э = 100 Ом, К_I = 8 2.2.13. R_к = 18 Ом, Rэ = 2 Ом, K_I = 26,5. 2.2.14. R_б2 = 86 Ом, R_н = 1,7 Ом, Р_н = 1,7 Вт, η = 1,4%. 2.2.15. R_н = 28 Ом, К_U = 20, Р_н = 4, 5 мВт. 2.2.16. R_н = 370 Ом, U_вх.т = 31,5 мВ. 2.2.17. K_U 70, η= 1%. 2.2.18. К_U = 200, η = 3,3%. 2.2.19. Rк = 5,2 Ом, К_U = 24,3, U_вх.т = 16,0 мВ.

2.3.2. R_э = 47 Ом, R_н = 760 Ом, U_вх.т = 0,03 В, К_U = 120, К_I = 6; Р_н = 9, 5 мВт, η = 9%. 2.3.3. R_б2 = 49 Ом, R_н = 45 Ом, Р_н = 0, 51 Вт, η = 10,6%.

2.4.4. К_U = 0,67, R_вх.эп = 1 кОм, I_VD1 = 2 мА, I_VD2 = 17,2 мА. 2.4.5. R₁ = R₂ = 2,6 кОм, R_вх.эп = 3,8 кОм. 2.4.6. К_U = 0,67, R_вх.эп = 1 кОм, I_VD1 =2,1 мА, I_VD2 = 17,1 мА. 2.4.7. K_U = 0,91, R_{вх.эп.min} = 0,7 кОм, R_вх.отр = 0,92 кОм. 2.4.8. R₁ = 780 Ом, R_б = 7,1 кОм.

 

Глава 3

Рекомендуемые страницы:

2.2. Расчёт эмиттерного повторителя

Схема выходного каскада с эмиттерным повторителем:

Дифференциальный коэффициент передачи тока базы находится по формуле:

β===200

Тогда сопротивление выхода в схеме с эмиттерным повторителем:

Rвых2 = (1+β)=(1+200) =4979 ,Ом

Uк^’’2 = — = —=-22,35 ,В

Снова отмечаем токи Iк_А2 +Iн_m2 иIк_А2 —Iн_m2, проецируем соответствующие им точки на линии динамической нагрузки на ось напряжений и находимUн_m2. Найденное значение

Uн_m2= -11В больше рассчитанного ранееUн_m2=10,96В.

2.3. Расчёт элементов фиксации рабочей точки

Фиксация рабочей точки для каскада на биполярном транзисторе осуществляется резистивным делителем R₁2 иR₂2.

По входным характеристикам транзистора определим величины Iб_А2, Uбэ_А2

Iб_А2 = 0,22,мА

Uбэ_А2 = 0,7 ,В

Найдем температурные изменения токов:

=(0,001…0,01)Iн_m2=0,001*0,037=37 ,мкА

Iк₀ (t⁰)= Iк₀ (t⁰_спр)*==2,6 ,мкА

Iк₀ (t⁰_лаб)= Iк₀ (t⁰_спр)*==0,1 ,мкА

= |Iк₀ (t⁰) — Iк₀ (t⁰_лаб )| = |2,6*10^-6 -0,1*10^-6 | = 2,5 ,мкА

Тогда коэффициент нестабильности N2 определяется следующим образом:

N2===15

N2 должен находиться в диапазоне (2…15). Это условие выполняется.

Найдем сопротивление R₂2:

=409,Ом

Найдём ток делителя I_Д2:

I_ЭА2= Iб_А2+ Iк_А2=0,22+41=41 ,мА

I_Д2= Iб_А2+=0,22*10^-3+=4,6 ,мА

Ток делителя должен быть I_Д2 ≥(3…10)Iб_А2:

Условие выполняется.

Найдём сопротивление R₁2:

R₁2=4785 ,Ом

2.4. Расчёт коэффициента усиления выходного каскада

По входным характеристикам биполярного транзистора найдем его входное сопротивление:

h₁₁э2==100

Rвх2=80 ,Ом

В качестве сопротивления генератора на выходном каскаде принимается сопротивление коллектора входного каскада.

К2= ——=-18,74

K2=-18,74

2.5. Расчёт ёмкостных элементов

Для каскадов на биполярном транзисторе значения емкостей конденсаторов C2,C3иСэ2 рассчитываются следующим образом:

2*3,1416 *20 = 126

С2=2,94*10^-6=2,94 ,мкФ

С3=1,51*10^-6=1,51 ,мкФ

Сэ2===0,0476=47,6 ,мФ

3. Расчёт входного каскада

Схема входного каскада:

3.1. Выбор рабочей точки транзистора

Выбор рабочей точки А в транзисторе в режиме покоя, когда входной сигнал отсутствует, сводится к выбору тока коллектора Iк_А1 и напряженияUк_А1. Найдём значенияIк_А1,Uк_А1 иPк_А1, считая, что сопротивление эмиттераRэ1 = 0:

U_{H т}1 = ==0,57 ,В

Сопротивление нагрузки для входного каскада Rн1=Rвх2=80 ,Ом

Iн_m1 = ==0,0072,А

Umin = 1 В ; Кзап = 0,9

Uк_А1 = U_{H т} + Umin = 0,57+1 = 1,57 ,В

Из схемы выходного каскада следует, что потенциал Uк_А1 отрицательный, т.е.Uк_А1=-1,57,В.

Iк_А1= = =0,0078 ,А

Pк_А1 = Iк_А1 *|Uк_А1| = 0,0078*1,57 =0,013 ,Вт

Таким образом, условия выбора транзистора выходного каскада следующие:

5. Тип проводимости: p-n-p

6. Iк_доп ≥ 2 * Iк_А1 = 16 ,мА

7. Uк_доп ≥ Е = 24 ,В

8. Pк_доп ≥ Pк_А1 = 13 ,мВт

Транзистором, удовлетворяющим всем требованиям, является КТ3107Д.

Основные характеристики транзистора представлены в следующей таблице:

Тип проводимости	Uкэ,В	Iк,мА	Pк,мВт	Iк0 (t0),мкА
p-n-p	25	100	500	0,1 при t0=250С

Построим линию статической нагрузки:

Iк1 = f(Uкэ1)

Uк1 = -Е + Iк1 * Rк1

Uэ1 = —Iэ1 * Rэ1 ≈ —Iк1 * Rэ1

Uкэ1 = Uк1 – Uэ1= -Е + Iк1 *(Rк1+Rэ1)

Iк1 = +

Найдем сопротивления коллектора и эмиттера. Из уравнения статистической нагрузки:

Rк1+Rэ1===1446 ,Ом

Rэ1=(0,1…0,3)Rк1

Возьмем Rэ1=0,1Rк1, тогда:

Rк1===1315 ,Ом

Rэ1=0,1Rк1=0,1*1315=131 ,Ом

Построим статистическую линию нагрузки. При Iк_А1=0 Uкэ1 = -Е = -24 ,В

При Uк_А1=0 Iк1===0,0083 ,А

Построим динамическую линию нагрузки Uк’1и рабочую точку.

Uк^’1 = — = —=-2,18 , В

Отметим значения токов Iк_А1 +Iн_m1 иIк_А1 —Iн_m1, спроецируем соответствующие им точки на линии динамической нагрузки на ось напряжений и найдемUн_m1.Найденное значение

Uн_m1 = 0,6 В больше рассчитанного ранееUн_m1 = 0,57 В.

β===180