wzmacniacz, ASyKo
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
//-->1. WzmacniaczRys. 1przedstawia schemat jednego z najprostszych układów wzmacniaczazbudowanego na jednym tranzystorze bipolarnym.Zadaniem kondensatorówC1iC2jest odseparowanie składowej stałej na wejściui wyjściu wzmacniacza, nie będziemy się nimi zajmować. Zakładamy jedynie, że ich wartościsą dobrane tak, by nie wpływały na wzmocnienie wzmacniacza w interesującym nas zakresieczęstotliwości.Zadaniem rezystorówR1iR2jest spolaryzowanie złącza baza-emiter tranzystoraQ1w kierunku przewodzenia. Policzymy je w drugiej kolejności.Zaczniemy od rezystorówR3iR4.Wiemy, że prąd kolektora jest praktycznie równy prądowi emitera. Różnica z regułynie przekracza 1%, a najczęściej jest 2.. 5 razy mniejsza (dlah21E=hfe=β=200.. 500).Wiemy też, że napięcie baza-emiter jest wielkością w przybliżeniu stałą.Dla tranzystorów krzemowych przyjmujemy wartości z przedziału 0.4.. 0.6V. W naszymprzykładzie przyjmiemy 0.6V.Każda zmiana napięcia na bazie tranzystora przenosi się wprost na jego emiter.Na przykład: jeżeli na bazie tranzystora panuje napięcie 1.0V to na jego emiterze (zgodniezałożeniemUBE=0.6V i drugim prawem Kirchoffa) ustali się napięcie 0.4V. Jeżeli teraz napięciena bazie wzrośnie o 0.1V (do wartości 1.1V) to (przy zachowaniu wartościUBE=0.6V) na emiterzetranzystora ustali się napięcie 0.5V.Przez rezystorR4płynie prąd emitera tranzystoraQ1. Napięcie na emiterze tranzystoraQ1jest równe napięciu na rezystorzeR4. Wzrost tego napięcia od wartości 0.4Vdo 0.5V, zgodnie0.5=1.25).z prawem Ohma spowoduje wzrost prądu płynącego przez ten rezystor o 25% (0.4Ponieważ prąd rezystoraR4jest prądem emiteraQ1, więc praktycznie w takim samym stopniuzmieni się też prąd kolektoraQ1, który jest prądem rezystoraR3.Zgodnie z prawem Ohma w takimsamy stopniu zmieni się spadek napięcia na rezystorzeR3. Z tego wynika wprost, że stosunekspadków napięć na rezystorachR3iR4jest taki sam jak stosunek wartościR3iR4, a to oznacza, żeten iloraz (z zadowalającą dokładnością) określa wartość wzmocnienia wzmacniacza (częstooznaczaną literąK).Formalnie rzecz biorąc wzrost napięcia na bazie (emiterze) powoduje spadek napięciaR3na kolektorze i dla oznaczeń ze schematu poprawne jest obliczenieK≈−(ze znakiemR4minus).Obliczenie elementów wzmacniacza najłatwiej przeprowadzić zaczynającod oczekiwanego (wymaganego) wzmocnieniaK.Dla rozważanego prostego wzmacniaczawartości wzmocnienia realnie możliwe do osiągnięcia wahają się w zakresie od kilku do kilkunasturazy (minus). Załóżmy, że wymagane jest osiągnięcie wzmocnieniaK=-10.Oznacza to, że wartośćrezystancji rezystoraR3powinna być 10 razy większa od wartości rezystancji rezystoraR4.W układach tego typu ustala się punkt pracy tranzystora tak, by przez jego emiter(kolektor) płynął prąd z zakresu 0.1mA.. 10mA. Jest oczywiste, że mniejszy prąd emitera(kolektora) to mniejsze obciążenie źródła zasilania. Oznacza to na przykład dłuższy czas pracyna zasilaniu bateryjnym, ale (bez szczegółowego uzasadnienia) należy przyjąć, że mniejszy prądemitera (kolektora) to większa impedancja wyjściowa wzmacniacza, co oznacza, że w warunkachrzeczywistych wzmocnienie wzmacniacza może okazać się mniejsze od wyliczonego. Tak więcwybór prądu emitera (kolektora) będzie wynikiem kompromisu godzącego dwa powyższe,wzajemnie sprzeczne warunki. Dla naszego przykładu przyjmiemy prąd emitera (kolektora)równy1mA.WartościR3iR4powinny być tak dobrane, by w sumie odłożyła się na nich mniejwięcej połowa napięcia zasilającego. Wartości znacznie odbiegające od połowy napięciazasilającego powodują wczesne pojawianie się zniekształceń nieliniowych na wyjściu wzmacniacza(tranzystor przechodzi w stan nasycenia albo zatkania) i ograniczają zakres sygnałów wejściowychdla jakich można zastosować wzmacniacz. Pokazują to wykresy:W naszym przypadku napięcie zasilające to 5V, czyli przy prądzie 1mA naR3iR4powinno2.5V=2.5k .w sumie odłożyć się około 2.5V. Z prawa Ohma wyliczamyR3R4=1.0mA2.5k=227.27. Decydujemy się na typową,PonieważR3=10⋅R4, więcR4=11produkowaną w szeregu E12 wartośćR4=220 . WyliczamyR3=10R4=2200 .Prąd 1mA odłoży na rezystorzeR4=220 napięcieUR4=1.0mA⋅220=0.22V.Ponieważ przyjęliśmyUBE=0.6V, napięcie na bazie tranzystora powinno mieć wartośćUQ1B=0.22V0.6V=0.82V.Pozostały jeszcze do policzenia rezystory dzielnikaR1iR2. Ponieważ współczynnikwzmocnienia prądowego tranzystora ma wartość okołoh21E=200.. 500. Przyjmiemy wartośćICh21E=200. Oznacza to, że prąd bazyIB=. Prąd bazy będzie miał wtedy wartość około 5μA.h21EAby prąd bazy nie wpływał istotnie na wartość napięcia na dzielnikuR1iR2, przyjmiemy prąddzielnika 10 razy większy od prądu bazy, czyli 50μA. Układ będzie wtedy mało wrażliwyna współczynnikh21Erzeczywiście zastosowanego tranzystora. Wyliczamy teraz sumę wartości5VR1R2==100k . Ponieważ przy prądzie 50μA napięcie naR2to 0.82V, wyliczamy50A0,82VR2==16.4korazR1=100k −16,4k=83.6k . Przyjmujemy typowe,50Aprodukowane w szeregu E12 wartościR2=18k , R1=82k .Szereg E12: 10, 12, 15, 18, 22, 27, 33, 39, 47, 56, 68, 82.Zadanie domowe:dla zadanych napięcia zasilającego, prądu kolektora i wymaganegowzmocnienia policzyć rezystoryR1..R4wzmacniacza, a następnie dobrać najbliższe wartościz szeregu E12. Zakładamyh21E=200,UBE=0.6V.Sławomir Kotyra
[ Pobierz całość w formacie PDF ]