Розрахунок диференціального каскаду з транзисторним джерелом струму

ДЕРЖАВНИЙ КОМІТЕТ РОСІЙСЬКОЇ ФЕДЕРАЦІЇ

Повисший ОСВІТИ

Таганрозького державного радіотехнічного університету

Кафедра РЕС ЗІС

ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА

до курсової роботи

Розрахунок диференціального каскаду з транзисторним джерелом струму

виконав

Студент гр. І-48 Сумін А. В.

перевірив

к. т. н. Доцент Халявко А. Н.

Таганрог +1999

Зміст

Технічне завдання ..................................................................... 2

Введение .................................................................................... 4

Розрахунок принципової електричної схеми по постійному струму ......... 5

Висновок .......................................................... ...................... 10

Список літератури……………………………………………………………. 11

Додатки .......................................................... ..................... 12

Технічне завдання.

Варіант № 17

Розрахувати диференційний каскад з транзисторним джерелом струму:

- перетворити принципову електричну схему так, щоб в ній залишилися тільки елементи, що впливають на режим роботи по постійному струму;

- вибрати активні компоненти;

- вибрати напруга джерела живлення;

- вибрати положення робочих точок на характеристиках активних компонентів;

- розрахувати ланцюга схеми по постійному струму;

- вибрати номінали і типи розрахованих пасивних компонентів;

- розрахувати споживані підсилювачем ток і потужність;

- скласти перелік елементів і зобразити їх конструкції і розташування висновків.

Транзистори типу p- n- p.

Зміна вхідного струму I _вх = ± 20 мкА.

Принципова електрична схема:

Диференціальний підсилювальний каскад має два входи і підсилює різницю напруг, прикладених до них. Якщо на обидва входи подати однакове (синфазное) напруга, то посилення буде надзвичайно мало. Диференціальний підсилювальний каскад не посилює синфазний сигнал.

Диференціальний каскад складається з двох транзисторів, емітери яких з'єднані і підключені до загального резистору R _е.

Каскад абсолютно симетричний, тобто опір резисторів, що входять в кожне плече, і параметри транзисторів однакові. В цьому випадку при рівних вхідних сигналах струми транзисторів рівні між собою.

Нехай вхідні напруги отримають однакові збільшення різних полярностей ½ΔU _ВХ. В результаті струм одного транзистора збільшиться на ΔI _К, а іншого на стільки ж зменшиться. При цьому результуючий струм через резистор R _Е залишиться без зміни. Постійним буде і падіння напруги на ньому.

Якщо вхідна напруга змінити тільки на одному вході на ΔU _ВХ, то це призведе до зміни струму через відповідний транзистор. Якби транзистор VT2 був відсутній, транзистор VT1 був би включений за схемою з ОЕ і ток в його ланцюга змінився б на 2ΔI _K. При цьому падіння напруга на R _Е збільшилася б на ΔU ^_'Rе

Але збільшення падіння напруги на резисторі R _Е призведе до зменшення різниці потенціалів між базою і емітером транзистора VT2 і струм його зменшиться, причому зміна струму транзистора VT2 буде таке, що збільшення напруги емітер - база обох транзисторів будуть однакові. Отже, при збільшенні U _ВХ1 на ΔU _ВХ потенціал емітера збільшиться на ΔU _ВХ / 2 що еквівалентно збільшенню струму через резистор R _Е на ΔI _K. При цьому збільшення напруги база - емітер для транзистора VT1 одно ΔU _ВХ / 2 і - ΔU _ВХ / 2 для транзистора VT2. Струм кожного плеча зміниться на ΔI _K. Очевидно, що незалежно від того, як на вхід каскаду подаються напруги, струми транзисторів в першому наближенні змінюються однаково.

Коефіцієнт посилення по напрузі диференціального каскаду при холостому ході визначається як відношення різниці вихідних напруг до різниці вхідних:

K _U = (U _ВИХ1 - U _вих2) / (U _ВХ1 - U _ВХ2)

Розрахунок принципової електричної схеми по постійному струму.

Напруга живлення каскаду Е _п 6 В (вибір Е _п обґрунтовується пізніше).

Зміна вхідного змінного струму каскаду I _вх 20 мкА

Перетворювати принципову електричну схему резисторного каскаду не потрібно тому всі елементи впливають на режим роботи по постійному струму.

Так як каскад диференційний, то його можна розділити на дві частини:

Каскад 2 буде дзеркальним відображенням каскаду 1 тому досить розрахувати каскад 1, але з урахуванням того, що на колектор VT2 надходить подвоєний струм емітера VT1.

Вибираємо тип транзистора VT1. Для нормального режиму роботи транзистора необхідно виконання умов:

U _{ке макс>} Е _п

I _б = (1,5 ... 2) I _вх

Виконання цієї умови необхідно для того, щоб при зміні вхідного струму транзистор не входив в режим замикання.

P _{до макс>} P _до0

Де U _{ке макс} - максимально допустима напруга між колектором і емітером;

I _б - струм бази в відсутності сигналу;

P _{до макс} - максимально допустима потужність, що розсіюється на колекторі транзистора;

P _до0 - потужність, що розсіюється на колекторі транзистора в робочій точці.

Цим умовам відповідає транзистор ГТ310А з наступними параметрами:

U _{ке макс} = 10 В

6 У <10 В

P _{до макс} = 20 мВт

(Всі умови перевіряються пізніше).

Вхідна і вихідна статистичні характеристики транзистора ГТ310А наведені на рис. 1. На сімействі вихідних статистичних характеристик проводимо лінії U _{ке макс,} I _{до макс} і P _{до макс,} що обмежують область нормальної роботи транзистора.

Визначаємо величину струму бази (з урахуванням того, щоб при зміні вхідного сигналу транзистор не попадав в режим відсічення)

I _б = 2 ∙ │I _вх │ = 40 мкА

Для визначення положення робочої точки на сімействі вихідних статистичних показників необхідно задати U _ке01. Розумно брати U _ке01 мінімальним тому тоді витрати на роботу підсилювача мінімальні. Оскільки брати U _ке01 <1 В безглуздо, при такій напрузі транзистор знаходиться в нестабільній області, а ми ще й маємо зміна вхідного струму. Тому візьмемо U _ке01 рівним 2 В.

U _ке01 = 2 В

	I к0
U до '
	U до0

тоді

I _К01 = 1,9 мА I _Е1 = I _К01 + I _б1 = 1,9 мА + 0,08 мА = 1,98 мА

Струм колектора транзистора VT2 (рис. 2) буде дорівнює подвоєному току емітера VT1.

I _к2 = 2 ∙ I _Е1 = 2 · 1,98 мА = 3,96 мА

Напруга між емітером і землею транзистора VT1 рекомендовано вважати (0,3 ... 0,4) Е _пункту (див [6], ст 10). Візьмемо його рівним 0,4 Е _{пунктів.}

Тепер слід вибрати Е _п. Воно повинно бути якомога менше, щоб не розсіває зайва потужність. Мінімальна відповідне стандартне Е _п = 6В тому якщо взяти Е _п = 5 В то 5 · 0,4 = 2 В і падіння напруги на резисторі R ₄ дорівнює нулю тому 0,4 · Еп - Uке02 = 2 В - 2 В = 0 В

U _ез = 6 ∙ 0,4 = 2,4 В

Тоді точка на прямій U _ке (рис. 1) буде дорівнює падінню напруги на VT1 і R3, а так як ми знаємо U _ез то:

U _к1 ^'= Е _п - U _ез = 6 В - 2,4 В = 3,6 В

I _до ^{' _{до макс} (за графіком навантажувальної прямої рис. 1)}

^{З графіка видно, що при будь-якому заданому зміні вхідного струму транзистор не виходить за експлуатаційні межі.}

^{Падіння напруги на резисторі R3 одно:}

^{U _{R 3} = E _пт - U _ез - U _ке = 6 В - 2,4 В - 2 В = 1,6 В}

^{СоответственноR3 = U _{R 3} / I _{K 0} = 1,6 В / (1,9 ∙ 10 -3) А = 842 Ом}

^{Так само рекомендовано взяти струм дільника рівний п'яти струмів бази (див [6], ст 10):}

^{I _б1 = 40 мкА}

^{I _{R 1} = 6 ∙ I _б1 = 0,24 ∙ 10 -3 А I _{R 2} = 5 · I _б1 = 0,2 · 10 -3 А}

Напруга на резисторі R2 одно:

U _{R 2} = U _ез + U _еб1 = 2,4 В + 0,28 В = 2,68 В

т.к.U _еб1 = 0,28 В (за графіком рис. 1)

ТогдаR2 = U _{R 2} / I _{R 2} = 2,68 В / 0,2 · 10 ^-3 А = 13,4 кОм

R1 = (E _пт - U _{R 2)} / I _{R 1} = (6 В - 2,68 В) / 0,24 · 10 ^-3 А = 13,8 кОм

Напруга на резисторі R4 одно:

U _{R 4} = 0,4 · E _пт - U _ке2 = 2,4 В - 2 В = 0,4 В

I _б2 = 0,08 мА (за графіком рис. 2)

I _Е2 = I _к2 + I _б2 = 3,96 мА + 0.08 мА = 4,04 мА

R4 = U _{R 4} / I _Е2 = 0,4 В / 4,04 · 10 ^-3 А = 100 Ом

За графіком вхідних статистичних характеристик:

I _б2 = 80 мкА I _{R 8} = I _б2 = 80 мкА

Напруга на резисторі R8 одно:

U _{R 8} = E _пт - U _бе2 - U _{R 4} = 6 В - 0,3 В - 0,4 В = 5,3 В

R8 = U _{R 8} / I _б2 = 5,3 В / 80 · 10 ^-6 В = 66 кОм

Розрахунок потужностей використовуваних елементів.

Потужність транзистора VT1 в робочій точці:

P _до0 = I _К0 ∙ U _до0 = 3,8 мВт

Умова P _{до макс>} P _до0 виконується.

Потужність транзистора VT1 в робочій точці:

P _до0 = I _К0 ∙ U _до0 = 7,92 мВт

Умова P _{до макс>} P _до0 виконується.

Потужності резисторів:

P _{R 1} = I _{R 1} ∙ U _{R 1} = 0,8 мВт

P _R2 = I _R2 ∙ U _R2 = 0,54 мВт

P _R3 = I _R3 ∙ U _R3 = 0,42 мВт

P _R4 = I _R4 ∙ U _R4 = 1,62 мВт

P _R8 = I _R8 ∙ U _R8 = 0,42 мВт

Споживана потужність дорівнює

P _П = I _П ∙ E _П = (I _R1 + I _R3 + I _R5 + I _R6 + I _R8) ∙ E _П = 26,2 мВт

Так як елементи R1 і R2, R3 і R5, VT1 і VT3 відповідно рівні, то рівні і всі їх параметри.

Висновок.

Розрахований в даній роботі диференційний підсилювач має ряд переваг перед базовим (розглянутим у введенні) диференціальним підсилювачем. Більш стабільне джерело струму тому ток подається через транзистор VT2. Наявність подільника струму робить підсилювач стабільним при високих і низьких температурах. І разом з усіма перевагами підсилювач споживає порівняно малу потужність що дозволяє використовувати малопотужні елементи.

Список літератури.

1. Розробка і оформлення конструкторської документації радіоелектронної апаратури: Довідник / За ред. Е. Т. Романичева. 2-е изд., І доп. М .: Радио и связь, 1989 448с.

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

3. Транзистори для апаратури широкого застосування: Довідник. М .: Радио и связь, 1989. 656с.

4. Резистори: Довідник / За заг. ред. І. І. Четверткова і В. М. Терехова. М .: Радио и связь, 1987 352с.

5. Остапенко Г. С. Підсилювальні пристрої: Учеб. Посібник для вузів. М .: Радио и связь. 1989 400с.

6. А. В. Некрасов. Методичні вказівки до курсової роботи з курсу електроніка.

Додатки.

резистор МЛТ