Рис. 3. Выходные характеристики биполярного транзистора (КТ315Г)
Выбрать ток, протекающий через базовый делитель:
IД = (5 ¸ 10) IБП.
Рассчитать сопротивления и выбрать номиналы резисторов базового делителя RБ1, RБ2:
;
Найти эквивалентное сопротивление базового делителя:
.
К пункту 1.2
Определить по входным характеристикам транзистора входное сопротивление транзистора h11Э (при UKЭ = const) в рабочей точке; задать приращение DUБЭ около рабочей точки С,найти соответствующее ему приращение базового тока DIБ. Вычислить h11Э:
, Ом.
Определить по входным характеристикам транзистора коэффициент обратной связи по напряжению h12Э(при IБ = const). Для этого, используя справочник по полупроводниковым приборам, нанести на входную характеристику выбранного транзистора кривую со значением UKЭотличным от имеющегося в данном методическом указании. По двум точкам, выбранным на данных кривых произвольным образом, найти приращение DUКЭ и соответствующее ему приращение DUБЭ:
|
|
.
По выходным характеристикам транзистора определить коэффициент передачи тока базы h21Э (при UKЭ = const). Найти приращение коллекторного тока и соответствующее ему приращение базового тока при пересечении прямой UKЭ = UKЭП соседних от рабочей точки С выходных характеристик (точки Д, Ерис. 3):
.
По выходным характеристикам транзистора определить выходную проводимость h22Э (при IБ = const). Для этого на одной из выходных кривых, выбранной произвольно, нанести две точки (в пределах рабочей области транзистора). Найти приращение коллекторного тока и соответствующее ему приращение коллекторного напряжения. Определить выходную проводимость:
, См.
Определить входное сопротивление каскада:
.
Найти выходное сопротивление каскада:
RВЫХ» RК.
К пункту 1.3
Построить на выходных характеристиках транзистора нагрузочную прямую по переменному току, которая проходит через рабочую точку С и имеет наклон (рис. 3):
.
Нанести на выходные характеристики транзистора амплитуду коллекторного тока IКМ и напряжения UНМ(рис. 3), определить амплитуду базового тока IБМ = DIБ / 2. На входных характеристиках (рис. 2) показать амплитуды базового тока и входного напряжения транзистора UВХМ = DUБЭ / 2.
Определить коэффициенты усиления каскада по току, напряжению и мощности КI, КU, КР:
; ;
КР = КI КU.
Рассчитать амплитуду напряжения источника сигнала:
.
К пункту 1.4
Частотные искажения в области нижних частот вносятся разделительными конденсаторами СР1, СР2 и блокировочным конденсатором СБ1. Рекомендуется частотные искажения в области нижних частот равномерно распределить между конденсаторами СР1, СР2, СБ1.
|
|
.
Рассчитать емкость конденсатора:
,
выбрать номинал емкости конденсатора СР1 из приложения 2 (при емкости менее 10 мкФ) или приложения 3 (при емкости 10 мкФи более).
Определить емкость конденсатора СР2 и выбрать ее номинал:
.
Рассчитать емкость блокировочного конденсатора СБ1 и выбрать номинал:
.
К пункту 2.1
Вычертить заданную принципиальную электрическую схему.
Расчет значений величин элементов схемы производить в порядке, приведенном в табл. 5 для усилителей переменного и постоянного тока (рис. 4а, 4б, 4г, 4д) или в табл. 6 для сумматора (рис. 4в). После расчета каждого значения величины следует выбирать номинал по приложениям 2,3. Номиналы сопротивлений резисторов и емкостей конденсаторов (до 10 мкФ) выбирают из приложения 2. Если емкость конденсатора выше 10 мкФ применять электролитические конденсаторы, номиналы которых указаны в приложении 3.
Сопротивления резисторов на входе ОУ выбираются в 5-10 раз выше сопротивления источника сигнала, чтобы избежать значительного шунтирования источника.
Для компенсации смещения нулевого напряжения на выходе ОУ, вызванного входными токами ОУ, общие сопротивления резисторов, подключенных к различным дифференциальным входам, равны (R2 = R1; рис. 4а; 4б; 4г; 4д; ; рис. 4в).
К пункту 2.2
Выбирать ОУ по приложению 4 следует исходя из коэффициента усиления по напряжению КU >> КU1 + КU2 (для схем рис. 4а, б, г, д; КU2 = 0) и сопротивления источника сигнала:
RG £ 10 кОм 140 УД7, 140 УД6
RG £ 10 кОм 140 УД6, 140 УД14
RG £ 10 кОм 140 УД14, 140 УД8, КР544 УД1
RG £ 10 кОм 140 УД8, КР544 УД1.
Необходимо проверить выбранный ОУ.
Операционный усилитель должен обеспечить требуемый динамический диапазон выходных напряжений
,
где D -динамический диапазон, дБ; UВЫХМАХ - максимальное выходное напряжение, В; UВЫХМIN - минимальное выходное напряжение, В.
Минимальное выходное напряжение ОУ ограничено напряжением смещения нуля, вызванное разностью входных токов внутреннего смешения ОУ и их тепловыми дрейфами.
Порядок проверки ОУ по напряжению смещения нуляприведен в таблице 7.
В формулах таблицы7 использованы обозначения:
DiВХ - разность входных токов ОУ, А; - тепловой дрейф разности входных токов, А/°С; ТМ - наибольшая температура окружающей среды,оС; ТО - температура, при которой измеряются параметры ОУ; UВЫХМАХОУ - максимальное выходное напряжение ОУ при номинальном питании, В; D -динамический диапазон выходного напряжения, дБ; UСМВ - внутреннее смещение на входе ОУ, В; - тепловой дрейф внутреннего смещения на входе ОУ, В/°С.
Если UСМ_ДОП ³ UСМS ,то ОУ выбран правильно. В противном случае, необходимо выбрать другой ОУ из приложения 4 и выполнить вновь пункт 2.2 задания. Напряжение питания схемы типовое для ОУ.
К пункту 2.3
Максимальная амплитуда входного сигнала для усилителей постоянного и переменного токов (рис. 4а; 4б; 4г; 4д):
.
В суммирующем усилителе (рис. 4в) предполагается одинаковое влияние входных напряжений на выходное:
;
.
Таблица 5
№ | Расчетные величины | Инвертирующ. усилитель постоянного тока (рис.4а) | Неинвертир. усилитель постоянного тока (рис.4б) | Инвертирующий усилитель переменного тока (рис. 4г) | Неинвертирующий усилитель переменного тока (рис. 4д) |
1 | Сопротивление резистора R1 | R1 = (5 ¸ 10) RG1 | R1 = (5 ¸ 10) RG1 | R1 = (5 ¸ 10) RG1 | R1 = (5 ¸ 10) RG1 |
2 | Сопротивление резистора R2 | R2 = R1 | R2 = R1 | R2 = R1 | R2 = R1 |
3 | Сопротивление резистора цепи обратной cвязи R3 | R3 = KU1 R1 | R3 = (KU1 - 1) R1 | R3 = KU1 R1 | R3 = (KU1 - 1) R1 |
4 | Емкость разделительного конденсатора С1 | - | - |
|
|
Таблица 6
№ | Расчетная величина | KU1 RG1 ³ KU2 RG2 | KU1 RG1 < KU2 RG2 |
1 | Сопротивление резистора R1 | R1 = (5 ¸ 10) RG1 | R1 = (5 ¸ 10)RG2 KU2 / KU1 |
2 3 4 | Сопротивление резистора R2 Сопротивление резистора R3 Сопротивление резистора цепи обратной связи R4 |
R4 = KU1 R1 |
Принципиальные электрические схемы устройств на операционных усилителях
Рис. 4. а – инвертирующий усилитель постоянного тока;
б – неинвертирующий усилитель постоянного тока;
Рис. 4. в – суммирующий усилитель постоянного тока;
г – инвертирующий усилитель переменного тока;
Рис. 4. д – неинвертирующий усилитель переменного тока;
Таблица 7
№ | Расчетная величина | Схема | ||||
Рис. 4а | Рис. 4б | Рис. 4в | Рис. 4г | Рис. 4д | ||
1 | Сопрот. по пост. току подключен. между вход. ОУ и нулевой точкой RВХ. 0 | RВХ.0 = R2 | RВХ.0 = R2 | RВХ.0 = R3 | RВХ.0 = R2 | RВХ.0 = R2 |
2 | Допустимое напряжение смещения приведенное ко входу ОУ UСМ. ДОП |
| ||||
3 | Напряж. смещен. ОУ вызван. разностью входных токов и ее теплов. дрейфом UСМ. I | |||||
4 | Напряж. смещен. вызван. внутрен. смещен. ОУ и его тепловым дрейфом UСМ. U | |||||
5 | Суммарное напряжение смещения приложен. между входами ОУ UСМ. S |
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение 1