Calculul etajelor de amplificare după tensiune si putere

CUPRINS DATELE INIIALE.......................................................................................3 INTRODUCERE............................................................................................4 1. PROIECTAREA UNUI ETAJ DE AMPLIFICARE DUP TENSIUNE PE BAZA TRANZISTORULUI BIPOLAR CONECTAT N SCHEMA CU EMITOR COMUN.............................................................................................7 2. PROIECTAREA UNUI ETAJ DE AMPLIFICARE DUP PUTERE N BAZA TRANZISTORULUI BIPOLAR CONECTAT N SCHEMA CU EMITOR COMUN.......................................................................................... 14 3. REPREZENTAREA UNUI AMPLIFICATOR PE BAZA UNUIA DIN TRANZISTOARELE UTILIZATE........19 CONCLUZIE........ .21 BIBLIOGRAFIE ..........................................................................................22

Date iniiale UTM FRT SOE 071 003 PAMod.Coala N.Document A elaborat. Controlat Cotrev S. Control n. A aprobat Semnat Data

Coli Coal PENTRU AMPLIFICATORUL DUP TENSIUNE : Coal 2 26 Calculul etajelor de amplificare dup tensiune si UTM FRT SOE-071 putere

UTM FRT TLC-022

Tensiunea de ieire U ies

m ax

,V

3,5 56 0 23 0 12 1,1

Rezistena sarcinii RS , Frecvena limit de josf

, Hz

Tensiunea de alimentare Ec , V Coeficientul distorsiunilor, %

PENTRU AMPLIFICATORUL DUP PUTERE: Puterea de ieire Pies , W Rezistena sarcinii RS , Frecvena limit de jos f , Hz Tensiunea de alimentare Ec , V Coeficientul distorsiunilor, % 1,5 19 110 24 1,12

Introducere Cazul n care cu o cantitate mic de energie putem dirija o cantitate mult mai mare de energie este numit amplificare.Dispozitivele, care efectueaz aa dirijare se numesc amplificatoare . Este necesar ca procesul de amplificare s fie omogen i continuu. Un amplificator este un circuit electronic care mrete puterea unui semnal electric, lsnd neschimbat variaia lui n timp.

Mod Coala N. Document Semnat

Data

UTM FRT SOE 071 003 PA TL 021.007 N.E

3Coal

De exemplu, un transformator sau un circuit acordat nu reprezint amplificatoare, dei mresc tensiunea sau curentul la ieire, ntruct nu snt capabile s mreasc puterea semnalului de intrare. Prin definiie, amplificarea n tensiune AU este raportul dintre tensiunea de la ieirea U2 i cea de la intrare U1 ; amplificarea n curent AI este raportul dintre curentul de ieire I2 i curentul de intrare I1 ,iar amplificarea n putere AP este raportul dintre puterile de ieire i respectiv intrarea . Aadar: AU = U2/ U1, AI = I2/ I1, AP= P2/ P1 Dup caracterul semnalelor amplificate, amplificatoarele se mpart n : 1. Amplificatoare de semnale armonice; 2. Amplificatoare de semnale impuls ; Dup tipul varierii semnalelor n tmp,se impart n :1.

de semnal ce variaz lent n timp(amplificator de semnal de semnal variabil, acestea la rndul lor se mpart n : de

continuu);2.

curent, de tensiune, de putere ;

n dependen de tipul elementelor active pe baza crora este construit amplificatorul pot fi : 1. 2.3.

tuburi electronice semiconductori dielectrici Amplificatoarele pot fi clasificate n : amplificare direct i cu conversia

semnalului amplificat. Amplificatorul poate avea urmtorii parametri: UTM FRT SOE 071 003 PA TL 021.007 N.E


Data

4Coal

1. coeficientul de amplificare n tensiune; 2. coeficientul de amplificare n curent;3. distorsiuni neliniare;

4. impedana de ieire; 5. rezistena de intrare i alii. Caracteristicile principale sunt: 1. caracteristica amplitudine-frecven; 2. caracteristica faz-frecven. Amplificatoarele pot fi realizate pe tuburi electronice, tranzistoare i microcircuite. n amplificatorul cu tuburi electronice n etajul final avem un transformator de putere, destinaia cruia const n acordarea rezistenei joase a sarcinii cu rezisten de ieire nalt a tuburilor etajului final i n majorarea puterii. n acest caz transformatorul trebuie s aib puteri minime. Odat cu apariia tranzistoarelor de putere nalt cu rezisten de ieire joas necesitatea utilizrii transformatorului a disprut. Transformatorul n amplificatorul de putere prezint un element netehnologic i de obicei are gabarite i mas mari, ceea ce nu permite de a fabrica amplificatoare sub form de circuite integrate. n afar de aceasta transformatorul de ieire prezint o surs de distorsiuni de frecven cum n gama frecvenelor joase aa i n gama celor nalte i de asemenea micoreaz coeficientul total de utilizare a amplificatorului din cauza pierderilor. n aa fel n comparaie cu amplificatorul cu transformatorul cel cu tranzistoare are un ir de avantaje: conine elemente tehnologice produse n mas, are gabarite i mase mici, distorsiuni mici, poate fi efectuat sub form de circuite integrate. n afar de aceasta la producerea n mas a amplificatoarelor fr transformator (AFT) aduce la o economie de cupru i oel pentru transformatoare. Amplificatoarele contemporane se construiesc numai pe baza tranzistoarelor. ns i ele au cteva neajunsuri: 1. stabilitatea termic a curentului de saturaie a tranzistoarelor etajului final;2. stabilizarea tensiunii pe tranzistoarele finale;

3. protecia tranzistoarelor etajului final de scurcircuitarea sarcinii. UTM FRT SOE 071 003 PA TL 021.007 N.E


Data

5Coal

4. tranzistoarele etajului final trebuie s aib aceiai parametri.

1. PROIECTAREA UNUI ETAJ DE AMPLIFICARE DUP TENSIUNE PE BAZA TRANZISTORULUI BIPOLAR CONECTAT N SCHEMA CU EMITOR COMUN.


Data


6Coal

Fig.1. Schema etajului de amplificare dup tensiune. Algoritmul de calcul 1. Alegem tipul tranzistorului innd cont de urmtoarele condiii: a) UCE admis(1,1...1,3)EC (1.1.....1.3)*12V=(13.2...15.6)V UCE adm- valoarea maxim admisibil a tensiunii ntre colector i emitor b) IC adm 2Is max =2Uie max/Rs, unde Is max- ammplituda maxim admisibil a curentului sarcinii IC adm- curentul colectorului maxim admisibil IC admis2IS.max 2Uie max/RS 7V/560 12.5 mA IC adm=12.5mA ; Pentru aa etaje de amplificare de obicei se utilizeaz tranzistoare de putere mic, ceea ce poate fi considerat ca o consecin.Astfel triind o gam larg de tranzistoare i analizndu-le parametrii specifici, am depistat mai multe tranzistoare ce satisfac att condiiilor de mai sus, ct i consecinei rezultate. ns am apreciat tranzistorul KT 399A ca fiind cel mai potrivit. UTM FRT SOE 071 003 PA TL 021.007 N.E7Coal


Data

Pentru confirmarea alegerii fcute, n continuare vor fi prezentai parametrii de baz ce-l caracterizeaz: Parametrii electrici sunt inclui n tabelul de mai jos: Tranzistor bipolar pe baza de siliciu, epitaxial planar de tip n-p-n, de putere mic ( PC < 0,3 W ) i frecven suprainalt. Se folosete n etajele de intrare a amplificatoarelor de frecven nalt i supranalt.


Data


8Coal

Fig.2. Parametrii de baza si caracteristicele de intrare si iesire ale tranzistorului KT399A Parametrii electrici sunt inclui n tabelul de mai jos: 1 2 3 4 5 6 Coeficientul de transfer dup curent Intensitatea curentului colectorului Tensiunea colector emitor maxim Puterea maxim Capacitatea jonciunii colectorului Temperatura de funcionare h21E =80170 ICmax=25 m A UCEmax=25 V PCmax=225 m W CC=1,5 pF T=213....398oK

2. n continuare se prezint familia de ieire a caracteristicilor voltamperice statice i caracteristica de intrare pentru tensiunea de ieire UCE= -5V. Mai jos se expune algoritmul n baza cruia au fost trasate graficele caracteristicilor volt-amperice sus numite:a) Dreapta de sarcin este construit n baza a 2 puncte: punctul de repaus P

i punctul 1 care este determinat de valoarea tensiunii de alimentare Ec depus pe axa absciselor (tensiunilor). Punctul P, la rndul su, are coordonatele: tensiunea dus UCE0 i curentul de repaus IC0 (adic tensiunea i curentul de corespund tensiunii de intrareule Uint=0).Aceste coordonate pot fi determinate de relaiile IC0=(1,05...1,20)Iie=(1,05...1,20)Is max ,ns cu condiia ca IC01mA, i IC0=(1,05...1,20) 3.5/560=(6.56...7.5)mA


Data


9Coal

Calculm tensunea de rest: Urest= (EC-2Uie max)/2=(12-2*3.5)/2=2.5V UCE0=Uie max +Urest =3.5+2.5=6V Cocluzionm c extremitile dreptei de sarcin cercetate sunt: P( 6V; 7.5mA) i 1 (12V; 0)b) Prelungim dreapta de sarcin astfel ca la intersecia ei cu axa ordonatelor

(curenilor) s se obin valoarea curentului maxim de lucru I. El este caracterizat deci, de punctul de intersecie 4 dintre dreapta de sarcin i dreapta UCE=0 (axa ordonatelor), care, observnd din grafic, are coordonatele: 4(0; 15mA).c) Depunem

valoarea Urest pe axa absciselor a graficului. Ducnd o

perpendicular prin acest punct pe axa dat, n intersecia ei cu dreapta de sarcin, obinem coordonatele punctului 3: 3(Urest; Ic max), adic 3(2.5V; 11.8mA). De menionat este faptul c ordonata acestui punct reprezint curentul maxim de funcionare alternativ al colectorului. d) Determinm amplitudinea tensiunii alternative de lucru, urmrind dup datele deja existente pe graficul respectiv.Astfel avem Ucm=UCE0-Urest= 6V-2.5V=3.5V. e) Analog subpunctului (d) se determin i amplitudinea curentului alternativ de lucru: Icm=Ic max-Ico=11.8mA-7.5mA=4.3mA.f) Depunem amplitudinile maxim i, respectiv, minim ale tensiunii, respectiv,

curentului pe axele absciselor, respectiv, ordonatelor ale graficului.Astfel se determin coordonatele punctului 5. Prin urmare avem: 5(x;y) 5(2.5V; 5.4mA), unde x=UCE0+Ucm=6V+3.5V=9.5V y=Ico- Icm=7.5mA-4.3mA=3.2mA g) Graficul puterii admisibile (graficul puterii de iesire) se determin din urmtoarea formul Pcadm

=ICadmis*UCE

admis

dnd valori pentru UCE

admis

de

exemplu i cpatnd valori pentru ICadmis ca mai apoi gsind punctele cu aceste UTM FRT SOE 071 003 PA TL 021.007 N.E


Data

10Coal

coordonate pe grafic s construim graficul puterii de ieire. Puterea Pc adm se d n datele gsite pentru tranyistorul meu n carte. 3. Determinm valorile rezistenelor Rc i RE, folosind rezistena comun n circuitul colector-emitor Rcom. n baza caracteristicilor de ieire gsim Rcom, care satisface relaia Rcom=Rc+RE. Astfel rezistena Rcom o determinm conform expresiei Rcom=Ec/I, unde I - curentul ce reprezint ordonata punctului 4 din CVA de ieire, adic punctul de intersecie dintre dreapta de sarcin i axa curenilor (ordonatelor).n consecin avem I=15mA i Ec=12V , iar Rcom=Ec/I=12/15*10-3=800 . Dac RE=(0,150,25)Rc , deducem c Rcom=Rc+RE=Rc+(0,150,25)Rc=(1,151,25)Rc ,=> => Rc=Rcom/(1,15...1,25),iar RE=Rcom-Rc. Considerm c valoarea coeficientului de la numitorul Rc al raportului dat este1,25.Rc = Rcom 800 = = 640 , 1,25 1,25

iar RE=Rcom Rc=800-640=160. 4. De asemenea n baza datelor valorice din CVA de ieire determinm valorile maximale ale curentului i tensiunii semnalului de intrare Iint max i Uintmax

necesare att pentru asigurarea tensiunii de ieire maximale Uie max , ct i

pentru construcia graficului CVA de intrare i compararea lor cu valorile corespunztoare din CVA de ieire; de asemenea determinm i valorile respective minimale:

I int max = I B max =

I c max

11.8 = 0.074mA 2 min 160 =


Data


11Coal

I int min = I B min =

I c min

2 min

=

3.2 = 0,02mA 160

Atunci:

I I I int m = I B m = B m ax B m in = 27 A . 2Din caracteristica de intrare pentru schema emitor comun la tensiunea UCE =-5V i valorile gsite IB min i IB max , determinm UBE min i, respectiv, UBE max .Ca urmare a diferenei acestor dou valori din urm determinm 2Uint m: 2Uint m=0.07V. 5. Determinm rezistena de intrare Rint a etajului dup curent alternativ (fr divizorul de tensiune compus din rezistenele R1 i R2):

R int =

2U int m 0.07 = =1.29K 2I int m 54*10 6

6. Gsim rezistena divizorului de tensiune R1 i R2:

ntruct R1-2(4...6)R

int

R R R = 1 2 rezistena divizorului , unde 1-2 R + R 1 2

Avem R1-2=5.16K. n aa caz obinem;E R E R 12 * 5.16K R = c 1 2 = c 1 2 = = 51.6 K 1 R I R I 160 * 7.5mA E E E c0 R R 51.6 K * 5.16 K R = 1 1 2 = = 5.73K 2 R R 51.6 K 5.16 K 1 1 2

7. Determinm coeficientul de stabilizare a funcionrii etajului: S= R e R1 + R 2 + R1R 2 = 2,84 RR , 1 2 R e R1 + R 2 + max+ 1

(

(

)

)

max coeficientul de transfer maxim al curentului tranzistorului. UTM FRT SOE 071 003 PA TL 021.007 N.E


Data

12Coal

8. Calculm capacitatea condensatorului C2:C2 =

R ie T R c R ie = R ie T + R c , pentru care 2fR ie M 2 1 , unde1

Rie T rezistena de ieire a tranzistorului gsit dup caracteristicile de ieire pentru schema emitor comun. n majoritatea cazurilor Rie T>>Rc , din care cauz putem scrie RieRc+Rs=640+560=1200 . AtunciC 2 = 2 * fR 1 ie M 2 1 = 1 =1.25 F 2 * 3,14 * 230 *1200 * 1,21 1

9. Determinm capacitatea condensatorului CE:Ce = 10 10 43 .27 F 2f Re 2 3,14 230 160

10. Gsim coeficientul de amplificare dup tensiune:Ku = U U ie m int m = Uc m 3.5 = = 100 U 0.035 int m

2. PROIECTAREA UNUI ETAJ DE AMPLIFICARE DUP PUTERE N BAZA TRANZISTORULUI BIPOLAR CONECTAT N SCHEMA CU EMITOR COMUN


Data


13Coal

Fig.4 este prezentat schema unui etaj de amplificare dup putere. Algoritmul de calcul1. Pentru a alege tipul tranzistorului e necesar de calculat puterea P , care va fi 0

degajat pe tranzistor:P (1 ies ) P0 = , unde 2 iesies = 0.95T / 4 = 0.55 -

coeficientul de utilizare a tranzistorului, cu ct e mai

mare tensiunea de alimentare, cu atta e mai mare i ies ; P - puterea degajat de tranzistor . Randamentul transformatorului T este 0.75...0.85.P = Pies 1 .5 = = 2 (W ) ; T 0.75

P0 =

P (1 ies ) 0.9 = = 0,8 (W). 2ies 1. 1

Determinam valoare Ucemax din formula: Ec=(0.350.4)Ucemax Ucemax=Ec/0.4=60 (V) Analiznd rezultatele calculelor de mai sus i consultnd ndrumarul pe tranzistoare, alegem tranzistorul bipolar din siliciu KT904A ce satisface condiiile impuse. Tranzistor bipolar, epitaxial planar de tip n-p-n, de putere mare ( PC > 1,5 (W ) ).


Data


14Coal


Data


15Coal

Fig.5.Parametrii de baza si caracteristicele de intrare si iesire a tranzistorului KT904A Parametrii electrici sunt inclui n tabelul de mai jos: 1 2 3 4 5 6 7 Coeficientul de transfer dup curent Intensitatea curentului colectorului Tensiunea colector emitor maxim Puterea maxim Frecvena de tiere Temperatura de funcionare Temperatura maxim admisibil a jonciunii h21E =1060 ICmax=0,8 A UCemax=60 V PCmax=5 W ft=100 MHz 233358oK 393 oK 16 oK/W

colectorului 8 RTT Determinam valoarea rezistentei emitorului) Re = 0.9 * Ec2 / 2 * P = 0,9 * 24 2 / 2 * 2 = 129 ,6 (

Valoarea curentului colectorului in tranzistorul in regimul de lucru se determina dupa formula UTM FRT SOE 071 003 PA TL 021.007 N.E16Coal


Data

I ce max = 0.95 Ec / Re 0,19

(A)

Pe caracteristica statica de iesire construim dreapta de sarcina care trece prin punctele A si B cu coordonatele Ic=Icemax, Uce=0 (punctul A) si Ic=0, Uce=Ec (punctul B). Deasemenea din aceasta caracateristica determinam valoarea curentului Ibmax Ibmax=3,5(mA); Ubemax=0.75(V); Determinam valoarea rezistentei de intrare: Rin=Ubmax/Ibmax=0.75/3,5*10-3=214 (); Rin=4*Ries=856 (); Aflam puterea la intrarea etajului Pin=UbmaxIbmax/2=1,32*10-3 (W); Coeficientul de amplificare dupa putere este:K p = P / Pin = 2 / 1,32 * 10 -3 = 1515

;

ID=Ibmax=3,5*10-3(A); R1=UR1/ID=0.15/3,5*10-3=42,8() Valoarea tensiunii UR1 se alege din intervalul (0.1...0.2). R2=(Ec-UR1)/ID=(24-0,15)/3,5*10-3 =6,8 (k); Determinam valoarea puterii prefinale Pprefinal=Pies/T=1,32*10-3/0.85=1,55*10-3 () Coeficientul de transformaren1 = U 2 max /( 0.4... 0.8)TU ce max = 2 * 0,75/0,6 * 0,85 * 60 = 0.05

Ucemax-determinam din tabelul din care am ales tipul tranzistorului' n2 =

RS / ReT = 0.415

Rezistenele bobinelor transformatorului:r1' 0.6 Re (1 T ) = 11,66

()

r2' 0.4 RS (1 T ) / T = 1,34 ()

Inductanta bobinei primare' L1 = ( Re r1' ) / 2f

M 2 1 = (129 ,6 11 .66 ) / 2 * 3.14 * 110 1.25 1 = 0.34 ( H )

Aria suprafeei radiatorului de rcire S rac


Data


17Coal

S rac =

(1200 ...1500 ) P0TTM TM P0 rTT

,

S rac =

1500 * 0.8 = 54 .1(cm 2 ) 393 358 0.8 16

TTM - temperatura maxim admisibil a jonciunii colectorului; TM - temperatura maxim admisibil a mediului nconjurtor.

3. Radiomicrofon 65-108 MHz ce lucreaza pina la 600m:


Data


18Coal

Fig.7.Schema radiomicrofonului. In figura de mai sus este reprezentata schema unui radiomicrofon ce functioneaza in diapazonul de frecvente de 65-108MHz. Distanta de functionare este de aproximativ 100m in cazul utilizarii unei antene compacte si de 500600m in cazul utlizarii unei antene nesimetrice. Semnalul de la microfonul M1 de tip -3 se duce la amplificatorul de frecventa joasa in doua etaje prin conexiunile la tranzistoarele VT1 si VT2 de tip KT315. Semnalul de frecventa joasa amplificat de la colectorul tranzistorului VT2 prin filtrul de frecventa joasa pe elementele R9, C4 si R10 ajunge la varicapul VD1 de tip KB109 conectat in circuitul emitorului tranzistorului VT3 de tip KT904. Tensiunea de pe varicapul VD1 se da la tensiunea colectorului VT2. Generatorul de frcvente inalte este facut pe baza tranzistorului VT3. Tensiunea de la baza acestui tranzistor se da de la rezistenta R11. VT3 este conectat dupa schema cu baza comuna. In circuitul lui al colectorului este conectat conturul C8, C9, L1. Frecventa generatorului este determinata de inductanta bobinei L1 si de capacitatile C8, C5, VD1. Condensatorul C10 acorda conturul antenei. Toate componentele circuitului sunt de marimi mici.Puterea emitatorului este de undeva 200mW. Daca aceasta putere nu trebuieste atit de mare atunci ea poate fi micsorata astfel marind durata de viata a sursei de alimentare. Pentru aceasta trebuie de marit valoarea rezistentei R11 pina la 68-100k si de schimbat bobina 1cu un rezistor de rezistenta 180-330. In acest caz puterea radiomicrofonului va fi de 10mW. Pentru alimentarea circuitului dat se utilizeaza o Krona de 9V.


Data


19Coal

Concluzien lucrarea dat, am realizat calculul, dup parametrii impui a unui etaj de amplificare dup tensiune i al unui etaj de amplificare dup putere , ambele fiind bazate pe un tranzistor bipolar conectat dup schema emitor comun UTM FRT SOE 071 003 PA TL 021.007 N.E20Coal


Data

.Am efectuat algoritmul de calcul, innd cont de parametrii etajelor i cerinele impuse. La calculul etajelor respective am observat c fiecare component obinut depinde de celelalte componente. Regimul de funcionare a tranzistoarelor l-am gsit ridicnd caracteristica de ieire cu dreapta de sarcin i punctul ei de funcionare. n urma efecturii acestei sarcini , am observat c poziia de start a punctului de funcionare n regimul A gsit, pentru tranzistoarele alese, trebuie s fie aproxmativ la mijlocul regiunii caracteristicii de ieire dinamice. Pentru astfel de etaje de amplificare de obicei se utilizeaz tranzistoare de putere mic. La nceput n ambele sarcini din aceast lucrare, am aflat tipul tranzistorului necesar dup careva condiii specifice fiecrei sarcini. Cercetnd un ir de tranzistoare i analizndu-le parametrii specifici, am depistat mai multe tranzistoare ce satisfac condiiile cerute. De menionat este faptul c n majoritatea cazurilor caracteristicilor statice de intrare ale tranzistorului bipolar, pentru diferite valori ale tensiunii de ieire coincid,excepie fcnd doar cele cu valorile tensiuneaU CE U CE U CE

, acestea practic

=0. De aceea, de obicei, nU CE

ndrumarele electronice se prezint doar dou caracteristici de intrare, una pentru =0 i alta pentru oarecare valori ale tensiunii nenule. n graficele obinute am construit curba puterii admisibile disipate de tranzistor. Dup aceasta am mai calculat rezistena emitorului i al colectoruluiR E , RC , Rie , Rint

, la fel am mai aflat i nominalele rezistoarelor ce fac parte dinR1 , R2 ,

divizorul de tensiune

apoi capacitatea condensatoruluiKU ,

C2

i n final am

calculat coeficientul de amplificare dup tensiune amplificare dup putereKP .

i coeficientul de

Bibliografie. . . : , . , 1989.


Data


21Coal

./ . .. - . 1972 184.

http://sima0607.se-ua.net/page69

.. - : . .


Data


22Coal

Date post:	07-Jul-2015
Category:	Documents
Upload:	jjmd
View:	923 times
Download:	0 times

Calculul etajelor de amplificare după tensiune si putere

Documents