Определение параметров нагрузки

Введение

 

Активный полосовой фильтр предназначен для выделения и усиления сигналов в определенном диапазоне частот.

Рис. 1 Частотная характеристика активного полосового фильтра

 

Такие схемы применяются в системах, работающих на фиксированной частоте. В них они обеспечивают высокую помехоустойчивость. Частотная характеристика имеет вид острой резонансной кривой (рис. 1).

 

Выбор схемы

На основании вышеприведенной теории целесообразно применить активный полосовой фильтр на одном транзисторе (поскольку коэффициент усиления требуется не большой, т.е. К = 2). Режим работы транзистора – класс А. Схема включения транзистора – по схеме с общим эмиттером. Для того, чтобы обеспечить термостабилизацию работы транзистора применим схему с фиксирующей рабочей точкой базы на делителе напряжения. В качестве пассивного фильтра применим RC-цепи.

Формула расчета RC-элементов пассивного фильтра для полосы частот:

Нагрузка (Rн) включается в цепь коллектора обязательно через разделительный конденсатор. Построим эскиз схемы (рис. 2) и произведем теоретический расчет ее элементов.

 

Рис. 2. Активный полосовой фильтр.

Краткое описание схемы и ее элементов.

Активный полосовой фильтр собран на одном транзисторе VT1 по схеме с общим эмиттером с пассивным фильтром на RC-цепях C1, C2, R1, R2, которые рассчитываются и настраиваются на заданный диапазон частот (по заданию 1000-2000 Гц).

Здесь R3, R2 – делитель напряжения, и выполняет роль выбора рабочей точки транзистора (режим его работы) и термостабилизацию. R5 – сопротивление эмиттера, задает чувствительность (коэффициент усиления) каскаду.

Между фильтром и нагрузкой имеются разделительный конденсатор (С₃). Они предназначены для удаления постоянных составляющих из выходных сигналов каскадов.

Расчеты

 

Рис. 3. Схема выходного каскада

 

Дано: выходная сопротивление Rвых=2 кОм, напряжение питания Uпит = 6 В, коэффициент усиления Ку = 2.

Приняли: Rн = 100 Ом

Определение параметров нагрузки.

Ток на нагрузк: Iн = Uпит / Rн = 6 / 100 = 60 mA.

Мощность нагрузки: Pн = Uпит × Iн = 6×0,06=0,36 Вт

Выбор транзисторов, по допустимой мощности рассеяния на коллекторе, и максимальной амплитуде коллекторного тока:

Ток коллектора транзистора: Iк = Iн = 60 mA.

Мощность: Pmax = 0,36 Вт

Напряжение на переходе коллектор - эмиттер Uкэ = 6 В

По этим параметрам выбираем транзистор для фильтра:

BC547 со следующими параметрами:

Максимальный прямой ток коллектора: I_{k max} = 0,1 (A) Максимальное напряжение на транзисторе U_{кэ max} = 45 (B)

Мощность рассеивания: P_{k max} = 0,5 (Bт)

Коэффициент усиления: h₂₁ = 110-800 (среднее значение 440).

Материал полупроводника: Si.

Графоаналитический метод:

U_кэ = Е_п / 2 = 6 / 2 = 3 B (при усилении переменных сигналов на коллекторе, как правило, устанавливается половина напряжения питания при закрытом транзисторе)

I_к = Е_п / 2R_н = 6 / (2*100) = 0,03 A

В системе координат выходной характеристики строим треугольник мощности:

прямая U_нач. отсекает область существенной нелинейности токов базы, от U_нач. откладываем величину U_кэ, затем соединяем точки I_к и U_кэ. Далее строим Р_{к доп}- нагрузочная кривая, которая в данных расчётах не должна заходить в область треугольника мощности, но максимально приближаться к нему. Из этого следует, что транзисторы работают без радиаторов (т.е. рассеиваемая мощность на транзисторе не превышает его допустимой выходной мощности).

I, А

60×10-3

Iб = 70 мкА Iк = 30 мА Uэк = 3В

Рн

U, В

Рис. 4 Семейство выходных характеристик транзистора ВС547

760×10-3

Iб = 70 мкА Uбэ0 = 760мВ

U, В

I, А

70×10-6

Рис.5 Входная характеристика транзистора ВС547