Nízkofrekvenční předzesilovač

Transkript

1 Střední průmyslová škola elektrotecnická Pardubice VČENÍ ELEKTONKY Nízkofrekvenční předzesilovač Příjmení : Česák Číslo úloy : 4 Jméno : Petr Datum zadání : Školní rok : Datum odevzdání : Třídaskupina : 3. Klasifikace : Počet stran : Počet grafickýc přílo :

2 OSH:... DÁNÍ: Navrněte nízkofrekvenční předzesilovač pro pásmo frekvencí 0Hz 0Kz, který má zpracovávat maximální vstupní napětí (efektivní odnotu) 5mV a má mít napěťové zesílení 0, vstupní odpor větší než 00KΩ a výstupní odpor menší než,5kω. Nakreslete scéma navrženéo předzesilovače, vytvořte výkres plošnéo spoje a plošnéo spoje osazenéo součástkami. ÚVOD: esilovače lze považovat za aktivní nelineární dvojbran, tvořený zesilovacím tranzistorem, pomocnými obvody pro stabilizaci poloy pracovnío bodu a zátěží na výstupníc svorkác tranzistoru. Při zesilování malýc signálů, kdy se poybuje klidový pracovní bod v lineární části dynamické převodní carakteristiky, lze zesilovač pokládat za lineární dvojbran. Jeo cování lze popsat lineárními rovnicemi udávajícími vztay mezi vstupními a výstupními veličinami. Při zesilování velkýc signálů se pracovní bod poybuje v zakřivené části carakteristiky. V takovém případě se používá grafické řešení. ákladní vlastnosti tranzistorovýc zesilovačů jsou : esílení je poměr výstupní veličiny ke vstupní. ozeznáváme napěťové zesílení, proudové zesílení a výkonové zesílení P. Všecna tato zesílení jsou poměrem stejnýc veličin, proto vycázejí bez rozměru. Definujeme je: ; P ; P P Příslušný napěťový, proudový a výkonový zisk je definován: a 0*log ; a 0 *log Všecny tyto odnoty vycázejí v decibelec(d). ; a 0*log P P P Kmitočtová carakteristika zesilovače udává závislost modulu napěťovéo zesílení u na kmitočtu. Na svislou osu se vynáší zisk v logaritmickýc souřadnicíc. Fázová carakteristika udává závislost fázovéo posunu výstupnío napětí na kmitočtu. Ve středním kmitočtovém pásmu je zisk maximální a kmitočtově nezávislý. Fázová carakteristika vykazuje v tomto pásmu nulový fázový posun. V oblasti nízkýc a vysokýc kmitočtů docází k poklesu zesílení a zvětšení fázovéo posunu. Na straně vysokýc kmitočtů se rušivě uplatňují parazitní kapacity a na straně nízkýc kmitočtů mají nepříznivý vliv vazební články, které jsou kmitočtově závislé. Konkrétně kondenzátory zvětšují své reaktance, a tím i úbytky na nic vytvářené. važujeme-li kmitočtově nezávislý prvek a jeden článek na nízkýc a vysokýc kmitočtec kmitočtově závislý, pak tečny sestrojené k bokům kmitočtové carakteristiky mají sklon 0 ddek. Šířka pásma zesilovače je dána rozsaem kmitočtů mezi dolním mezním kmitočtem f d a orním

3 mezním kmitočtem f, při nicž docází k poklesu zisku o 3 d. Těmto kmitočtům odpovídají fázové posuny ± 45 o. ozdělení zesilovačů. Podle velikosti vstupnío signálu dělíme zesilovače na předzesilovače - mají velké napěťové zesílení a zesilují malé signály. esilovací prvky mají mít minimální vlastní šum koncové zesilovače - zesilují vyšší úrovně signálů. Mají dodat do zátěže velký výkon, mít velkou účinnost a minimální zkreslení signálu.. Podle kmitočtu zesilovanýc signálů dělíme zesilovače na nízkofrekvenční - přenáší kmitočty do 50 khz středofrekvenční - přenáší kmitočty přibližně do 400 až 500 MHz vysokofrekvenční - přenáší kmitočty přibližně od 500 až 000 MHz mikrovlnné - přenáší kmitočty vyšší než 000 MHz. 3. Podle šířky přenášenéo pásma na úzkopásmové - kmitočtové pásmo je vzledem ke kmitočtům uprostřed pásma úzké širokopásmové - zesilují vzledem ke středním kmitočtům velmi široká kmitočtová pásma. 4. Podle druů vazby mezi stupni dělíme zesilovače na přímo vázané (stejnosměrné) - jejic kmitočtové pásmo není zdola omezeno s transformátorovou nebo autotransformátorovou vazbou - zde je vazebním prvkem mezi stupni transformátor nebo autotransformátor. 5. Podle způsobu činnosti dělíme zesilovače na jednočinné - v každém stupni pracuje samostatně jeden zesilovací prvek buzený jediným signálem dvojčinné - používají dvou prvků zapojenýc v jednom stupni tak, aby se výkony sčítaly. 6. Podle použití dělíme zesilovače na zesilovače proudu - u nic žádáme, aby změny kolektorovéo proudu byly co největší zesilovače napětí - u nic žádáme, aby změny kolektorovéo napětí byly co největší zesilovače výkonu - u nic žádáme, aby odevzdávaný výkon ve výstupním obvodě byl úměrný přivedenému výkonu na vstupu. 7. Podle základnío zapojení zesilovacío stupně dělíme zesilovače na zesilovače se společným emitorem - používají se jako nízkofrekvenční i vysokofrekvenční zesilovače. Mají vyovující vstupní a výstupní odpor a velké napěťové, proudové, a tedy i výkonové zesílení zesilovače se společnou bází (radlem) - pracují při vysokýc kmitočtec. Mají malý vstupní a velký výstupní odpor, velké napěťové zesílení. Proudové zesílení je menší než jedna zesilovače se společným kolektorem - mají velký vstupní a malý výstupní odpor, velké proudové a výkonové zesílení. Napěťové zesílení je menší než jedna. Nejčastěji se používají jako impedanční transformátory. Moou se také používat jako emitorové sledovače.

4 SHÉM: +cc T T 0 z Ea 0 E Eb E TEOETKÝ OO: ) ss řešení ) Spočítáme si maximální rozkmit výstupnío napětí: M ) volíme si tranzistor T, u kteréo určíme minimální napětí (zbytkové) Ezb počátek lineárníc částí car. tranzistoru 3) Spočítáme napětí pracovnío bodu u tranzistoru T podle vztau: + E 4) volíme si rezistor jako nejbližší nižší odpor v řadě E k odporu z Ezb 5) Vypočítáme zatěžovací odpor a do carakteristiky tranzistoru T zakreslíme dynamickou zatěžovací přímku: + 6) carakteristiky tranzistoru T určíme proud, poté také napětí mezi bází a emitorem E a proud do báze 7) Vypočítáme úbytek napětí na rezistoru : VST M

5 8) volíme si ;to si zvolíme tak, aby úbytek napětí na rezistorec Ea a Eb byl o několik stovek milivoltů větší než napětí součet napětí E a E důvodem je relativně malý proud (řádově stovky nanoampér, procázející rezistorem (globální zpětnou vazbou) 9) Jelikož známe napájecí napětí, můžeme si spočítat úbytek napětí na rezistorec Ea a Eb : E 0) Nyní si můžeme podle vzorce vypočítat celkový odpor rezistorů Ea a Eb (označíme si o E );proud E budeme považovat za zanedbáme tedy : E E ) Podle vztau vypočítáme napětí to jest napětí mezi společnou svorkou a kolektorem tranzistoru T: + E E E ) volíme si proud, který volíme zruba desetinásobek proudu 3) volíme si též napětí E a to tak, aby při změně E o VST se tranzistor T nedostal do jeo nelineárníc částí 4) carakteristik tranzistoru T si zjistíme E a 5) Vypočítáme rezistor podle vztau: + 6) Spočítáme rezistor globální zpětné vazby podle vztau: E ( E + E ) ) stř. řešení

6 T T 0 z 0 E Ea 0) rčíme si z carakteristik tranzistorů T a T parametry H E E ) tranzistoru T spočítáme: H - nejprve spočítáme zatěžovací odpor: E E + + H a) napěťové zesílení (bez zpětné vazby): b) lokální zpětnou vazbu: β - si musíme zvolit; musí být záporné a vetší než c) odpor v emitoru: Ea β d) druý odpor v emitoru: Eb E Ea + H e) vstupní odpor (včetně zpětné vazby): ( β ) + ) tranzistoru T spočítáme: - nejprve spočítáme zatěžovací odpor: + a) napěťové zesílení (bez zpětné vazby): + H

7 b) vstupní odpor (bez zpětné vazby): 3) Dokončení výpočtu: - nejprve si zvolíme a) lokální zpětnou vazbu: β b) odpor v emitoru: E β + H + ; volíme větší než je c) globální zpětnou vazbu: β d) napěťové zesílení (včetně zpětné vazby): + e) celkové napěťové zesílení (bez zpětné vazby): f) celkové napěťové zesílení (včetně zpětné vazby): g) celkový vstupní odpor: vst β β β!!- pokuď nám výpočet nevyšel správně, musíme si znovu spočítat bod 3), avšak zvolit jiný 4) Dopočítání kondenzátorů: a) vstupní kondenzátor: π f b) výstupní kondenzátor: π f 0 c) kondenzátor v emitoru: E π f Eb VLSTNÍ VÝPOČET: ) ss řešení

8 ) Maximální rozkmit výstupnío napětí: M VST 0,85 V ) volili jsme si tranzistor T K38, u kteréo jsme si určili minimální napětí (zbytkové) ezb,5 V 3) Napětí pracovnío bodu u tranzistoru T: E Ezb + M,35 V - avšak kvůli dostupným carakteristikám volíme E 5V 4) volili jsme si rezistor, kω 5) atěžovací odpor: 667 Ω + 6) carakteristiky tranzistoru T jsme zjistili: proud, poté také napětí mezi bází a - proud, m - napětí mezi bází a emitorem E 0,7 V - proud do báze 3 µ 7) Úbytek napětí na rezistoru :,44 V 8) volili jsme si 8 V 9) Úbytek napětí na rezistorec Ea a Eb : E E,56 V 0) elkový odpor rezistorů Ea a Eb : E E 300 Ω ) Napětí mezi společnou svorkou a kolektorem tranzistoru T: +,6 V ) volili jsme si proud 00 µ, kvůli dostupným carakteristikám 3) volili jsme si také napětí E,5 V 4) carakteristik tranzistoru T jsme zjistili: - napětí mezi bází a emitorem E 0,6 V - proud do báze 330 n 5) Vypočítali jsme si rezistor: 8 76 Ω + E E 6) Spočítali jsme si rezistor: E ( + E E ) Ω

9 ) stř. řešení 0) rčili jsme si z carakteristik tranzistorů T a T parametry H: E E 60,6 kω 6 m 606 H,06 E E µs E 8 kω 55 H 9,63 E E E 4 m 8 µs ) tranzistoru T spočítáme: - zatěžovací odpor: + a) napěťové zesílení (bez zpětné vazby): b) lokální zpětnou vazbu: - -0, Ω c) odpor v emitoru: β 64 Ω + H β 0,909 Ea -0,988 d) druý odpor v emitoru: Eb E Ea 686 Ω e) vstupní odpor (včetně zpětné vazby): + H ( β ) 04 kω + ) tranzistoru T spočítáme: - zatěžovací odpor: 3 Ω + a) napěťové zesílení (bez zpětné vazby): b) vstupní odpor (bez zpětné vazby): 3) Dokončení výpočtu: + H + H + -49, Ω

10 - nejprve si zvolíme Ω a) lokální zpětnou vazbu: β 0,665 b) odpor v emitoru: β 704 Ω E c) globální zpětnou vazbu: d) napěťové zesílení (včetně zpětné vazby): 0 β 0,354 + e) celkové napěťové zesílení (bez zpětné vazby): f) celkové napěťové zesílení (včetně zpětné vazby): g) celkový vstupní odpor: 4) Dopočítání kondenzátorů: LTET:... ÁVĚ:... vst β a) vstupní kondenzátor: π f b) výstupní kondenzátor: π f c) kondenzátor v emitoru: 0 0 β -7,039 6,956 3,3 MΩ 80 nf 5,3 µf E,6 µf π f Eb β 0