Serwisy partnerskie:
Close icon
Serwisy partnerskie

Projektowanie i analiza jednostopniowego wzmacniacza tranzystorowego z wykorzystaniem C++

Aby zaprojektować jednostopniowy wzmacniacz tranzystorowy, potrzeba wielu wzorów do obliczenia różnych parametrów, takich jak wartości rezystorów, kondensatora sprzęgającego, kondensatora bocznikującego, pobór mocy, prąd płynący przez różne komponenty i inne. Obliczenie tych parametrów nawet przy użyciu zwykłego kalkulatora wymaga sporo czasu. Używając programu C++, wszystkie parametry mogą być obliczone w ułamku sekundy.
Article Image

Aby zaprojektować układ elektroniczny, taki jak zasilacz, wzmacniacz, oscylator lub wzmacniacz operacyjny, wymagane są pewne wzory tak, aby uzyskać prawidłowe wartości komponentów dla zamierzonego zastosowania. Niektóre układy wymagają tylko jednego wzoru, podczas gdy inne mogą wymagać dwóch lub więcej.

Przedstawiony tutaj jednostopniowy wzmacniacz tranzystorowy wymaga w sumie 19 wzorów do uzyskania wartości elementów i analizy układu.

Jednostopniowy wzmacniacz tranzystorowy

Jednostopniowy wzmacniacz tranzystorowy składa się z pojedynczego tranzystora npn T1 (BC547), czterech rezystorów R1, R2, Rc i Re, dwóch kondensatorów sprzęgających C1 i C2, jednego kondensatora bocznikującego Ce podłączonego w poprzek rezystora emiterowego Re, jak pokazano na rysunku 1.

Rysunek 1. Schemat ideowy jednostopniowego wzmacniacza tranzystorowego

+Vcc jest napięciem zasilania, Vi - sygnałem wejściowym, a Vo - sygnałem wyjściowym. I1, I2, Ic i Ie, jak pokazano na rysunku, są prądami stałymi. Rezystory R1, R2 i Re służą do doprowadzenia odpowiednich napięć do bazy b, emitera e i kolektora c układu T1 tak, aby złącze baza-emiter było spolaryzowane do przodu, a złącze baza-kolektor było spolaryzowane do tyłu.

Rezystor kolektora Rc jest używany jako obciążenie, które zapewnia napięcie wyjściowe Vo. Kondensator bocznikujący Ce służy do bocznikowania sygnału AC o częstotliwości audio w kierunku masy, dzięki czemu utrzymywane jest stałe napięcie stałe emitera Ve, co zapobiega ujemnemu sprzężeniu zwrotnemu we wzmacniaczu. Kondensatory sprzęgające C1 i C2 służą do blokowania sygnału stałego i przepuszczania sygnału zmiennego.

Wytyczne konstrukcyjne

W celu prawidłowego biasowania tranzystora metodą dzielnika napięcia, punkt pracy Q powinien znajdować się w środku linii obciążenia DC (nie pokazanej tutaj), gdzie Vce= Vcc/2 i prąd kolektora Ic jest zgodny z notą katalogową tranzystora. Przy braku wejściowego sygnału AC, stabilna praca Q jest utrzymywana przez zastosowanie reguły jednej dziesiątej, która powoduje, że napięcie emitera jest jedną dziesiątą napięcia zasilania, Vcc. Dlatego napięcie emitera w woltach jest dane przez:

Ve = 0,1 Vcc

Jeśli napięcie na kolektorze i emiterze wynosi Vce = 0,5Vcc, to pozostałe napięcie 0,4Vcc pojawia się na rezystancji kolektora.

Dlatego opór kolektora w kiloomach jest dany przez:

Rc = 4 x Re

gdzie Re jest rezystancją emitera.

Prąd bazy w miliamperach jest dany przez:

Ib = Ic / b

gdzie Ic jest prądem kolektora, a b jest wzmocnieniem prądowym tranzystora. (Zwykle jest ono reprezentowane przez β lub h-parametr hFE).

Dlatego prąd emitera w miliamperach jest dany przez:

Ie = Ic + Ib

Rezystancja emiterowa tranzystora w kiloomach jest dana wzorem:

Re = Ve/Ie

Stosując zasadę 10:1 typowego dzielnika napięcia, rezystancja drugiej bazy w kiloomach jest dana przez:

R2 =0,1 x b x Re

Napięcie bazowe czyli napięcie na R2 w woltach jest dane przez:

V2 = Ve + Vbe

gdzie Vbe jest napięciem między bazą a emiterem.
Dla tranzystora krzemowego Vbe = 0,7 V. W tym przypadku rozważany jest tranzystor krzemowy. Napięcie przez pierwszą rezystancję bazy R1 w woltach jest dane przez:

V1 = Vcc - V2

Zatem rezystancja pierwszej bazy w kiloomach jest dana przez:

R1 = (V1/V2) x R2

Moc pobierana przez układ w miliwatach jest dana przez:

P = Ic x Vcc

Napięcie kolektora tranzystora w woltach jest określone wzorem:

Vc = Ic x Rc

Napięcie na kolektorze i emiterze tranzystora w woltach jest dane przez:

Vce = Vcc -(Vc + Ve)

Prąd płynący przez opornik R1 w miliamperach jest dany przez:

I1 = V1 / R1

Prąd płynący przez rezystor R2 w miliamperach jest dany przez:

I2 = V2 / R2

Moc rozpraszana przez opornik R1 w miliwatach jest dana przez:

PR1 = I1 x I1 x R1

Moc rozproszona na rezystorze R2 w miliwatach jest dana przez:

PR2 = I2 x I2 x R2

Moc rozpraszana przez kolektor opornika Rc w miliwatach jest dana przez:

PRc = Ic x Ic x Rc

Moc rozproszona na rezystorze emiterowym Re w miliwatach jest dana wzorem:

PRe = Ie x Ie x Re

Kondensatory sprzęgające C1 i C2 oraz kondensator bocznikujący Ce w mikrofaradach ma postać:

C = C1 = C2 = Ce = (1000000) / ( 2 x 3,14 x f x Xc)

gdzie f jest minimalną częstotliwością w hercach, która ma być wzmacniana przez wzmacniacz tranzystorowy, a Xc jest reaktancją kondensatorów C1, C2 i Ce.

Reaktancje tych trzech kondensatorów uważa się za takie same, czyli 1000 omów.

Program komputerowy

Wszystkie 19 wzorów wymienionych powyżej zostało zaprogramowanych przy użyciu języka C++. Układ został przetestowany przy użyciu Turbo C++ w wersji 3 oraz Visual C++ IDE na Windows 7.

Po uruchomieniu program prosi o podanie wartości napięcia zasilania Vcc, prądu bias kolektora tranzystora Ic, wzmocnienia prądowego tranzystora b oraz minimalnej częstotliwości f, która ma być wzmacniana przez wzmacniacz tranzystorowy.

Na przykład, wprowadź Vcc = 9, Ic = 2, b = 200 i f = 20, jak pokazano na rysunku 2.

Rysunek 2. Parametry wejściowe dla przykładu wprowadzone przez użytkownika

Następnie nacisnąć klawisz Enter. W ciągu ułamka sekundy wszystkie 19 parametrów wzmacniacza tranzystorowego zostanie obliczone i wyświetlone na monitorze, jak pokazano na rysunku 3.

Rysunek 3. Zrzut ekranu z wyjściem przykładowego programu

Okazuje się, że na obliczenie powyższych 19 parametrów potrzeba około 12 minut. Dlatego, aby zaoszczędzić czas, taki program może być całkiem przydatny dla projektanta obwodów.

Artykuł został pierwotnie opublikowany w styczniu 2016 roku i został niedawno zaktualizowany.

Do pobrania
Download icon Kod źródłowy

Artykuł Design and Analysis of A Single Stage Transistor Amplifier Using C++ opracowano w wersji polskiej na podstawie współpracy z portalem www.electronicsforu.com.

Tematyka materiału: wzmacniacz, projekty elektroniki cyfrowej, projekty ece, projekty elektryczne, projekty elektroniczne, mini projekty, tranzystor
AUTOR
Źródło
www.electronicsforu.com
Udostępnij
UK Logo
Elektronika dla Wszystkich
Zapisując się na nasz newsletter możesz otrzymać GRATIS
najnowsze e-wydanie magazynu "Elektronika dla Wszystkich"