Jak správně vypočítat třískadový zesilovač na tranzistorech: pokyny krok za krokem

Třískadový zesilovač na tranzistorech je elektronické zařízení, které umožňuje zvýšit amplitudu elektrického signálu. Skládá se ze tří kaskád: vstupní, střední a výstupní. Každá kaskáda plní svou roli v zesilovacím obvodu a má určité parametry, které je třeba vypočítat, aby bylo dosaženo optimálního výkonu zařízení.

Počítání tříkřídlého zesilovače začíná určením požadované zesilovací schopnosti. K tomu je třeba vědět, kolikrát je nutné zvýšit amplitudu signálu. Poté je třeba určit typ tranzistorů, které budou v zařízení použity, a také jejich parametry, jako je zisk a maximální přípustný proud.

Poslední fáze výpočtu - toto je stanovení požadovaných parametrů prvků obvodu: odpory, kondenzátory a indukčnosti. Pro každou kaskádu se provede výpočet vstupního a výstupního odporu a maximální hodnoty proudu, který bude procházet prvky obvodu. Výsledky výpočtu umožňují určit požadované hodnoty prvků a navrhnout třícestný zesilovač na tranzistorech.

Počítání třícestného zesilovače na tranzistorech se může zdát jako složitý proces, zejména pro začínající elektronikáře. Ale s podrobným návodem a předběžným studiem teorie je možné tento problém úspěšně vyřešit a vytvořit kvalitní zesilovací zařízení.

Jak vypočítat třískadový zesilovač na tranzistorech

Krok 1: stanovení požadovaného výkonu zesílení

Prvním krokem je určit požadovaný ziskový výkon, který chcete získat ze zesilovače. To může souviset s požadavky konkrétní aplikace nebo úkoly, které je třeba vyřešit. Pokud například potřebujete zesílit zvukový signál pro připojení ke zvukovému systému, můžete určit požadovaný výkon ve wattech.

Krok 2: stanovení zisku každé kaskády

Dále je nutné určit zisk pro každý stupeň zařízení. Zisk je poměr výstupního signálu ke vstupnímu. K tomu lze použít data z datashitu tranzistoru nebo provést experimentální studii.

Příklad: Pokud máte tři stupně zařízení a každý má zisk 10, pak bude celkový zisk stejný 10 * 10 * 10 = 1000.

Krok 3: stanovení hodnot komponent

Po stanovení ziskových poměrů jednotlivých stupňů je nutné vypočítat hodnoty komponent obvodu zesilovače. To zahrnuje výpočet odporu, kapacit a dalších prvků potřebných k vytvoření zesílení a filtrování signálu. K tomu lze použít speciální vzorce nebo se obrátit na informace z datashitů komponent.

Krok 4: sestavení a testování obvodu

Po určení všech hodnot komponent potřebných pro třískadový zesilovač můžete začít sestavovat obvod. Po sestavení musí být zařízení testováno, aby bylo zajištěno, že funguje správně a splňuje požadavky.

Podle těchto kroků budete moci správně vypočítat třícestný zesilovač na tranzistorech a získat požadované zesílení pro svou aplikaci.

Příprava na výpočet

Než začnete vypočítávat třískadový zesilovač na tranzistorech, je třeba provést několik důležitých kroků:

• Definujte požadavky na zesilovač: určete požadovaný maximální výkon výstupního signálu, rozsah provozních frekvencí, zisk a další parametry.
• Prozkoumejte dostupnost potřebných komponent: ujistěte se, že máte všechny potřebné tranzistory, rezistory, kondenzátory a další prvky pro sestavení zesilovače.
• Určete typ tranzistorů: vyberte typ tranzistorů pro každou kaskádovou část zesilovače. Obvykle se používají bipolární npn tranzistory.
• Vytvořte obvod zesilovače: nakreslete obvod třískadového zesilovače se všemi potřebnými součástmi a spoji.

Příprava na výpočet je důležitým krokem před vytvořením třískadového zesilovače na tranzistorech. Pečlivé provedení těchto kroků vám pomůže vyhnout se problémům a provést správné výpočty zesilovače.

Výběr parametrů tranzistorů

Při výběru tranzistorů je také třeba věnovat pozornost jejich požadovaným parametrům, jako je vstupní kapacita (C_be), výstupní kapacita (C_bc) a charakteristika pracovního bodu (klidový proud I_CQ a napětí V_CEQ), které mohou ovlivnit celkový výkon a stabilitu zesilovače.

Výpočet první kaskády

Pro začátek je nutné určit požadovaný zisk (a) prvního stupně. Tento parametr závisí na požadovaném celkovém zisku celého zesilovače a lze jej nastavit ve výpočtech.

Dalším krokem je výběr pracovního bodu tranzistoru. K tomu je nutné určit pracovní proud kolektoru (I_c) a pracovní napětí kolektoru (V_c). Vstupní odpor tranzistoru (r_P.) a jeho zisk (h₂₁) musí být také zohledněny při výpočtu.

Po určení pracovního bodu tranzistoru je nutné vypočítat odpor R₁ a R₂ a také kondenzátor C₁ nastavit potřebný vstupní odpor prvního stupně a frekvenční hranici jeho výkonu.

A nakonec je nutné vypočítat další prvky obvodu prvního stupně, jako je kondenzátor C₂ a rezistor R_em pro stabilizaci pracovního místa.

Výpočet druhé kaskády

Po výpočtu prvního stupně a stanovení jeho parametrů lze začít vypočítávat druhý stupeň trojskokého zesilovače na tranzistorech.

Druhý stupeň hraje roli napěťového zesilovače a jeho úkolem je zvýšit signál z prvního stupně. Výpočet druhé Kaskády se skládá z následujících kroků:

1. Stanovení požadovaného zisku. Druhý stupeň by měl zesilovat signál z prvního stupně s daným ziskem. K tomu je nutné znát požadovaný zisk druhého stupně.
2. Výběr aktivního prvku. Stejně jako u prvního stupně závisí výběr aktivního prvku na požadovaném zisku, typu tranzistoru a dalších parametrech. Pro druhý stupeň se obvykle používají tranzistory NPN.
3. Výpočet pracovního místa. Po výběru aktivního prvku je nutné určit jeho pracovní bod, tedy proud kolektoru a napětí na základně, při kterém bude tranzistor pracovat v lineárním režimu. Výpočet pracovního bodu se provádí na základě provozní zátěže a zadaného zisku.
4. Stanovení parametrů rezistorů a kondenzátorů. V tomto kroku je nutné určit hodnoty odporů používaných k určení pracovního bodu a také velikost kapacitních prvků, které poskytují požadovanou šířku pásma signálu.

Po výpočtu parametrů druhého stupně je nutné zkontrolovat, zda hodnoty komponent odpovídají požadovaným vlastnostem zesilovače. V případě potřeby je možné provést úpravy a přepočítat parametry obvodu.

Výpočet třetí kaskády

Po úspěšném výpočtu prvních dvou stupňů je nutné přejít k výpočtu třetího stupně v trojskokém zesilovači na tranzistorech.

Pro začátek se rozhodneme o typu tranzistoru třetího stupně: pnp nebo npn. Určení typu tranzistoru závisí na zvoleném obvodu zesilovače a požadavcích na úroveň napětí a proudu.

Po určení typu tranzistoru budeme pokračovat ve výpočtu a začneme výběrem pracovního bodu. Pracovní bod třetího stupně by měl být vybrán tak, aby byl tranzistor aktivní a poskytoval požadovanou úroveň zisku.

Pro výběr pracovního bodu třetího stupně je třeba vzít v úvahu následující parametry: vstupní odpor třetího stupně, výstupní odpor druhého stupně a úroveň potřebného zisku pro třetí stupeň.

Pro výpočet pracovního bodu třetího stupně je nutné použít princip hledání průsečíku dvou přímek-stejnosměrného vedení na výstupu druhého stupně a stejnosměrného vedení na vstupu třetího stupně.

Po výběru pracovního bodu začneme vypočítávat průchodné vlastnosti třetího stupně: vstupní odpor, výstupní odpor a zisk.

Definujeme vstupní odpor třetího stupně jako poměr změny vstupního napětí ke změně vstupního proudu na třetím stupni.

Definujeme výstupní odpor třetího stupně jako poměr změny výstupního napětí ke změně výstupního proudu.

Určíme zisk třetího stupně jako poměr změny výstupního napětí ke změně vstupního napětí.

Výpočet celkového zisku

Celkový zisk tříkascadového zesilovače lze vypočítat vynásobením ziskových poměrů každé kaskády.

1. Najděte zisk prvního stupně (A1). K tomu lze použít vzorec:

A1 = (R2 / (R1 + R2)) * β * (1 +(RS / Rvx))

• R1 a R2-odpor vstupního dělitele první kaskády;
• β-zisk základního emitoru tranzistoru;
• RS-odpor sběrného odporu tranzistoru;
• RVC - vstupní odpor druhého stupně.

2. Najděte zisk druhého stupně (A2). K tomu lze použít vzorec:

A2 = (R4 / (R3 + R4)) * β * (1 +(R6 / Rvx))

• R3 a R4-odpor vstupního děliče druhého stupně;
• R6-odpor sběrného odporu tranzistoru;
• RVC - vstupní odpor třetího stupně.

3. Najděte zisk třetího stupně (A3). K tomu lze použít vzorec:

A3-Δu / Δuvh

• Δu-změna napětí na výstupu třetího stupně;
• Δuvx je změna napětí na vstupu třetího stupně.

4. Vypočítejte celkový zisk (a) vynásobením zisku každé kaskády:

A = A1 * A2 * A3

Provedení těchto kroků tedy umožní vypočítat celkový zisk tříkascadového zesilovače na tranzistorech.

Výpočet vstupního a výstupního odporu

Pro výpočet vstupního a výstupního odporu třícestného zesilovače na tranzistorech je nutné použít principy odporu v elektrických obvodech.

Vstupní odpor zesilovače je určen součtem vstupního odporu základního emitorového stupně prvního tranzistoru a výstupního odporu základního emitorového stupně posledního tranzistoru. Pro výpočet vstupního odporu je nutné použít princip děliče napětí. Připojte vstup dynamického zatížení k základnímu emitoru posledního stupně. K výpočtu vstupního odporu pak můžete použít zjednodušený vzorec:

Re = (hfe1 * hfe2 * hfe3 * R3) / (hie1 * hie2 * (hie3 + (hfe3 *Re3)))

• hfe1, hfe2, hfe3 - zesilovače proudu příslušných tranzistorů
• R3-odpor základního emitoru posledního tranzistoru
• hie1, hie2, hie3 - vstupní odpor příslušných tranzistorů

Výstupní odpor zesilovače je určen součtem výstupního odporu posledního tranzistoru a vstupního odporu základního emitorového stupně prvního tranzistoru. Pro výpočet výstupního odporu je nutné použít princip děliče napětí. Připojte výstup dynamického zatížení ke kolektoru posledního tranzistoru. K výpočtu výstupního odporu pak můžete použít zjednodušený vzorec:

Rc1 = Rc2 = Rc3 = (Re1 * Re2 * (hie1 + (hfe1 * Re1)) * (hie2 + (hfe2 * Re2)) + (hie3 + (hfe3 * Re3)))/(hie1 * hie2 * hie3)

• Re1, Re2, RE3-odpor základního emitoru odpovídajících tranzistorů
• hfe1, hfe2, hfe3 - zesilovače proudu příslušných tranzistorů
• hie1, hie2, hie3 - vstupní odpor příslušných tranzistorů

Výsledné hodnoty vstupního a výstupního odporu umožní zpřesnit parametry třískadového zesilovače a správně jej vypočítat.