Реферат: Расчет дифференциального каскада с транзисторным источником тока

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТРОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ПОВЫСШЕМУОБРАЗОВАНИЮ

ТАГАНРОГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ РАДИОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

/>

Кафедра РЕС ЗиС

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе

Расчёт дифференциальногокаскада с транзисторным источником тока

Выполнил

Студент гр.И-48                                                                         Сумин А. В.

Проверил

к. т. н. Доцент                                                                            Халявко А. Н.

ТАГАНРОГ 1999

 Оглавление

Техническоезадание ……………………………………………………………   2

Введение…………………………………………………………………………    4

Расчётпринципиальной электрической схемы по постоянному току………   5

Заключение………………………………………………….………………….     10

Списоклитературы…………………………………………………………….     11

Приложения………………………………………………….…………………     12

Техническое задание.

Вариант № 17

Рассчитать дифференциальныйкаскад с транзисторным источником тока:

-     преобразовать принципиальную электрическую схему так, чтобы в нейостались только элементы, влияющие на режим работы по постоянному току;

-     выбрать активные компоненты;

-     выбрать напряжение источника питания;

-     выбрать положения рабочих точек на характеристиках активных компонентов;

-     рассчитать цепи схемы по постоянному току;

-     выбрать номиналы и типы рассчитанных пассивных компонентов;

-     рассчитать потребляемые усилителем ток и мощность;

-     составить перечень элементов и изобразить их конструкции и расположениявыводов.

Транзисторытипа p-n-p.

Изменениевходного тока Iвх = ±20 мкА.

Принципиальнаяэлектрическая схема:

/>
Введение.

Дифференциальныйусилительный каскад имеет два входа и усиливает разность напряжений,приложенных к ним. Если на оба входа подать одинаковое (синфазное) напряжение,то усиление будет чрезвычайно мало. Дифференциальный усилительный каскад неусиливает синфазный сигнал.

Дифференциальныйкаскад состоит из двух транзисторов, эмиттеры которых соединены и подключены кобщему резистору Rэ.

/>Каскад абсолютно симметричен, т.е. сопротивление резисторов, входящих в каждое плечо,и параметры транзисторов одинаковы. В этом случае при равных входных сигналахтоки транзисторов равны между собой.

Пустьвходные напряжения получат одинаковые приращения разных полярностей½ΔUВХ. В результате ток одноготранзистора увеличится на ΔIК, адругого на столько же уменьшится. При этом результирующий ток через резистор RЭ останется без изменения. Постоянным будет ипадение напряжения на нем.

Есливходное напряжение изменить только на одном входе на ΔUВХ,то это приведёт к изменению тока через соответствующий транзистор. Если бытранзистор VT2 отсутствовал, транзистор VT1 был бы включен по схеме с ОЭ и ток в его цепи изменилсябы на 2ΔIK. При этом падение напряжениена RЭ увеличилось бы на ΔU’Rэ

Ноувеличение падения напряжения на резисторе RЭприведёт к уменьшению разности потенциалов между базой и эмиттером транзистора VT2 и ток его уменьшится, причём изменение тока транзистора VT2 будет таково, что приращения напряжений эмиттер – базаобоих транзисторов будут одинаковы. Следовательно, при увеличении UВХ1 на ΔUВХпотенциал эмиттера увеличится на ΔUВХ/2что эквивалентно увеличению тока через резистор RЭна ΔIK. При этом приращение напряжениябаза – эмиттер для транзистора VT1 равно ΔUВХ/2 и — ΔUВХ/2для транзистора VT2. Ток каждого плеча изменится наΔIK. Очевидно, что независимо от того,как на вход каскада подаются напряжения, токи транзисторов в первом приближениименяются одинаково.

Коэффициентусиления по напряжению дифференциального каскада при холостом ходе определяетсякак отношение разности выходных напряжений к разности входных:

KU = (UВЫХ1 — UВЫХ2)/( UВХ1 — UВХ2)

Расчёт принципиальнойэлектрической схемы по постоянному току.

Напряжение питания каскада Еп 6 В (выбор Епобосновывается позже).

Изменение входного переменного тока каскада Iвх 20 мкА

Преобразовывать принципиальную электрическую схему резисторного каскадане нужно т.к. все элементы влияют на режим работы по постоянному току.

Так как каскад дифференциальный, то его можно разделить на две части:

/>

Каскад 2 будет зеркальным отображением каскада 1 поэтому достаточнорассчитать каскад 1, но с учётом того, что на коллектор VT2поступает удвоенный ток эмиттера VT1.

Выбираем  тип транзистора VT1. Для нормальногорежима работы транзистора необходимо выполнение условий:

Uкэ макс> Еп

Iб =(1,5…2) Iвх

 

Выполнение этого условия необходимо для того, чтобы при изменениивходного тока транзистор не входил в режим запирания.

Pк макс> Pк0

Где Uкэ макс – максимально допустимоенапряжение между коллектором и эмиттером;

Iб – ток базы в отсутствии сигнала;

Pк макс – максимально допустимая мощность,рассеиваемая на коллекторе транзистора;

Pк0 – мощность, рассеиваемая на коллекторетранзистора в рабочей точке.

Этим условиям соответствует транзистор ГТ310А со следующимипараметрами:

Uкэ макс =10 В

6 В < 10 В

Pк макс =20мВт

( всеусловия проверяются позже).

Входная и выходная статистические характеристики транзистора ГТ310Априведены на рис. 1. На семействе выходных статистических характеристикпроводим линии Uкэ макс, Iк макси Pк макс, ограничивающие область нормальнойработы транзистора.

Определяем величину тока базы (с учётом того, чтобы при изменениивходного сигнала транзистор не попадал в режим отсечки)

 

Iб =2∙│Iвх│= 40 мкА

Для определения положения рабочей точки на семействе выходныхстатистических характеристик нужно задать Uкэ01.Разумно брать Uкэ01 минимальным т.к. тогдазатраты на работу усилителя минимальны. Т.к. брать Uкэ01< 1 В бессмысленно, при таком напряжении транзистор находится в нестабильнойобласти, а мы ещё и имеем изменение входного тока. Поэтому возьмём Uкэ01 равным 2 В.

Uкэ01 = 2 В

/> <td/>

Iк’

  />
/> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> <td/>

Iк0

  /> /> /> />

Uк’

  /> />

Uк0

  />

Тогда

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

Ток коллектора транзистора VT2 (рис. 2)будет равен удвоенному току эмиттера VT1.

 

Iк2 = 2∙Iэ1 = 2·1,98 мА = 3,96 мА

/>

/> /> /> /> /> /> />

Рис. 2

  /> /> />

Iк0

  /> /> />

Uк0

 

Напряжение между эмиттером и землёй транзистора VT1рекомендовано считать (0,3…0,4) Епт (см [6], ст 10). Возьмём егоравным 0,4 Епт.

 Теперь следует выбрать Еп. Оно должно быть как можно меньше,чтобы не рассевалась лишняя мощность. Минимальное подходящее стандартное Еп=6Вт.к. если взять Еп=5 В то 5·0,4 = 2 В и падение напряжения нарезисторе R4 равно нулю т.к. 0,4·Еп — Uкэ02 = 2 В – 2 В = 0 В

Uэз =6∙0,4 = 2,4 В

Тогда точка на прямой Uкэ  (рис. 1)будет равна падению напряжения на VT1 и R3, а так как мы знаем Uэзто:

Uк1’ = Еп – Uэз = 6 В – 2,4 В = 3,6 В

Iк’ < Iк макс (пографику нагрузочной прямой рис. 1)

Из графика видно, что при любом заданном изменении входного токатранзистор не выходит за эксплуатационные пределы.

Падение напряжения на резисторе R3 равно:

UR3 = Eпт – Uэз – Uкэ = 6 В – 2,4 В – 2 В = 1,6 В

Соответственно R3 = UR3/IK0= 1,6В/(1,9∙10-3)  А= 842 Ом

Так же рекомендовано взять ток делителя равный пяти токам базы (см [6],ст 10):

Iб1 = 40мкА

IR1 =6∙Iб1 =0,24∙10-3 А            IR2 = 5·Iб1 =0,2·10-3 А

Напряжение на резисторе R2 равно:

UR2 = Uэз + Uэб1 =2,4 В+ 0,28 В = 2,68 В

т.к. Uэб1 = 0,28 В (по графику рис. 1)

Тогда R2 = UR2/IR2 = 2,68В/0,2·10-3 А = 13,4 кОм

        

R1 =(Eпт – UR2)/IR1= (6 В –2,68 В)/0,24·10-3 А = 13,8 кОм

Напряжение на резисторе R4 равно:

UR4 = 0,4·Eпт – Uкэ2 = 2,4В – 2 В = 0,4 В

Iб2 = 0,08мА (по графику рис. 2)

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

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

По графику входных статистических характеристик:

Iб2 = 80мкА                   IR8 = Iб2 = 80 мкА

Напряжение на резисторе R8 равно:

UR8 = Eпт – Uбэ2 – UR4 = 6 В –0,3 В – 0,4 В = 5,3 В

R8 = UR8/Iб2 = 5,3 В/80·10-6 В = 66 кОм

Расчёт мощностей используемыхэлементов.

МощностьтранзистораVT1 в рабочей точке:

Pк0 = Iк0∙Uк0 = 3,8мВт

Условие Pк макс > Pк0 выполняется.

МощностьтранзистораVT1 в рабочей точке:

Pк0 = Iк0∙Uк0 = 7,92мВт

Условие Pк макс > Pк0 выполняется.

Мощности 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

Потребляемая мощность равна

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

Так как элементы R1 и R2,R3 и R5, VT1и VT3 соответственно равны, то равны и все ихпараметры.

/>

Заключение.

Рассчитанный в данной работе дифференциальный усилитель имеет рядпреимуществ перед базовым (рассмотренным во введении) дифференциальнымусилителем. Более стабильный источник тока т.к. ток подаётся через транзистор VT2. Наличие делителя тока делает усилитель стабильнымпри высоких и низких температурах. И вместе со всеми преимуществами усилительпотребляет сравнительно малую мощность что позволяет использовать маломощныеэлементы.

Список литературы.

1.      Разработка и оформление конструкторской документации           радиоэлектронной аппаратуры: Справочник / Под ред. Э. Т. Романычевой. 2-е изд.,и доп. М.: Радио и связь, 1989 448с.

2.      Степаненко И. П. Основы теории транзисторов и транзисторных схем. 4-еизд. перераб. и доп. М.: Энергия, 1977 360с.

3.      Транзисторы для аппаратуры широкого применения: Справочник. М.: Радио исвязь, 1989. 656с.

4.      Резисторы: Справочник / Под общ. ред. И. И. Четверткова и В. М.Терехова. М.: Радио и связь, 1987 352с.

5.      Остапенко Г. С. Усилительные устройства: Учеб. Пособие для вузов. М.:Радио и связь. 1989 400с.

6.      А. В. Некрасов. Методические указания к курсовой работе по курсуэлектроника.

Приложения.

/> /> /> /> /> /> /> /> /> <td/> /> /> /> /> /> /> /> />

Резистор МЛТ

  /> /> />