суббота, 28 мая 2011 г.

Усилитель постоянного тока на кт315.

 На рисунке 1 представлена схема инвертирующего усилителя постоянного тока, транзистор включен по схеме с общим эмиттером:

Схема усилителя постоянного тока на КТ315Б
Рисунок 1 - Схема усилителя постоянного тока на КТ315Б.

Рассмотрим расчёт элементов схемы. Допустим схема питается от источника с напряжением 5В (это может быть например сетевой адаптер), выберем ток коллектора Iк транзистора VT1 таким чтобы он не превышал предельно допустимого тока для выбранного транзистора (для КТ315Б максимальный ток коллектора Ikmax=100мА). Выберем Iк=5мА. Для расчёта сопротивления резистора Rк поделим напряжение питания Uп на ток коллектора:


Если сопротивление не попадает в стандартный ряд сопротивлений то нужно подобрать ближайшее значение и пересчитать ток коллектора. 
(Подробнее о выборе Rк)
На семействе выходных вольт амперных характеристик построим нагрузочную прямую по точкам Uп и Iк (показана красным цветом). На нагрузочной прямой выберем рабочую точку (показана синим цветом) по середине.

Выходные ВАХ, нагрузочная прямая и рабочая точка
Рисунок 2 - Выходные ВАХ, нагрузочная прямая и рабочая точка

На рисунке 2 рабочая точка не попадает ни на одну из имеющихся характеристик но находится чуть ниже характеристики для тока базы Iб=0.05мА поэтому ток базы выберем чуть меньше например Iб=0.03мА. По выбранному току базы Iб и входной характеристике для температуры 25Сo и напряжения Uкэ=0 найдём напряжение Uбэ:

Входная характеристика транзистора для выбора напряжения Uбэ
Рисунок 3 - Входная характеристика транзистора для выбора напряжения Uбэ

Для тока базы Iб=0.03мА найдем напряжение Uбэ но выберем чуть больше так как Uкэ>0 и характеристика будет располагаться правее, например выберем Uбэ=0.8В. Далее выберем ток резистора Rд1, этот ток должен быть больше тока базы но не настолько большим чтобы в нем терялась большая часть мощности, выберем этот ток в три раза большим чем ток базы:


   По первому закону Кирхгофа найдем ток резистора Rд2:


Обозначим на схеме найденные токи и напряжения:

Схема усилителя с найденными токами ветвей и напряжениями узлов
Рисунок 4 - Схема усилителя с найденными токами ветвей и напряжениями узлов

Рассчитаем сопротивление резистора Rд1 и подберем ближайшее его значение из стандартного ряда сопротивлений:


Рассчитаем сопротивление резистора Rд2 и подберем ближайшее его значение из стандартного ряда сопротивлений:


Обозначим сопротивления резисторов на схеме:
Усилитель постоянного тока на КТ315Б
Рисунок 5 - Усилитель постоянного тока на КТ315Б.

  Так как расчёт приближённый может потребоваться подбор элементов после сборки схемы и проверки напряжения на выходе, элементы Rд1 и/или Rд2 в этом случае нужно подобрать так чтобы напряжение на выходе было близко к выбранному напряжению Uбэ.
   Для усиления переменного тока на вход и на выход надо поставить конденсаторы для пропускания только переменной составляющей усиливаемого сигнала так как постоянная составляющая изменяет режим работы транзистора. Конденсаторы на входе и выходе не должны создавать большого сопротивления для протекания переменного тока. Для термостабилизации в цепь эмиттера можно поставить резистор с небольшим сопротивлением и параллельно ему конденсатор для ослабления обратной связи по переменному току. Резистор в цепи эмиттера наряду с резисторами делителя будет задавать режим работы транзистора. 
На фотографии ниже собранный по схеме на рисунке 2 усилитель:
Собранный усилитель постоянного тока
  
   На вход усилителя не подано напряжение, вольтметр подключенный к выходу показывает 2.6В что близко к выбранному значению. Если подать на вход напряжение прямой полярности (такой как на рисунке 5) то напряжение на выходе уменьшится (усилитель инвертирует сигнал):
Усилитель с поданным на вход прямым напряжением
Если подать на вход напряжение обратной полярности то напряжение на выходе увеличится но не больше напряжения питания:
Усилитель с поданным на вход обратным напряжением
Уменьшение напряжения на входе, при подключении ко входу источника, меньше чем увеличение напряжения на выходе что говорит о том что происходит усиление входного сигнала с инверсией. Схема с общим эмиттером производит большее усиление по мощности чем схемы с общей базой и общим эмиттером но она, в отличии от двух других, производит инверсию сигнала. Если необходимо произвести усиление по мощности постоянного тока без инверсии то каскадно можно соединить две схемы на рисунке 5 но при этом необходимо учесть что первый каскад будет изменять режим работы транзистора второго каскада поэтому сопротивления резисторов во втором каскаде необходимо будет подобрать так чтобы это изменение было как можно меньше. Также при каскадном соединении увеличится коэффициент усиления всего усилителя (он будет равен произведению коэффициента усиления первого каскада на коэффициент усиления второго).


11 комментариев:

  1. Отлично, понятно и подробно описано. СПАСИБО!

    ОтветитьУдалить
  2. эта штука может усиливать , амперы милиамперы..?

    ОтветитьУдалить
    Ответы
    1. Да, схема с общим эмиттером усиливает ток и напряжение. Схема с общей базой только напряжение, схема с общим коллектором только ток.

      Удалить
  3. Ребята очень интересно и то что мне надо. Вот подскажите и нарисуйте и если можно вышлите мне на адрес схему: мне надо усилить ток и напряжение на транзисторе 2N 3904 на входе 2,5 вольта а на выходе надо минимум 3 вольта можно немного выше и всё ток постоянный. Буду большое спасибо. адрес:sereja.severyanin@yandex.ru

    ОтветитьУдалить
    Ответы
    1. А насколько надо усилить ток? И зачем? т.к. м.б. можно что либо получше применить. Напр. есть операционные усилители - они гораздо лучше подходят.

      Удалить
  4. Здравствуйте.

    Помогите пожалуйста, также стоит задача усилить ток при сохранении напряжения.
    Есть некий модулированный сигнал (изменяется частота по заданным параметрам) и нужно этим сигналом питать N-количество светодиодов. Напрямую подавать этот сигнал на светодиоды не получается т.к. не хватает тока. Как сделать усилитель тока при сохранении напряжения и частоты заданного сигнала? Заранее благодарю за помощь.

    ОтветитьУдалить
    Ответы
    1. Здравствуйте. Обычно это делается так как на схеме https://yadi.sk/i/gEQJoFR63GvXoK т.е. транзистор вводиться в насыщение (открывается на полную) подачей на базу соответствующего тока. При этом транзистор мы считаем почти перемычкой (если напряжение питания намного больше напряжения насыщения) а последовательно с каждым светодиодом ставим такой резистор какой нужен для создания требуемого тока светодиода. В самом простом случае мы, по закону ома, делим напряжение питания на требуемый ток и получаем сопротивление резистора которое стоящего последовательно со светодиодом. Но, для большей точности перед этим, можно вычесть из напряжения питания напряжение насыщения + напряжение на открытом переходе светодиода. Транзистор д.б. подходящий по току чтобы не сгорел. Резистор в базе д.б. такой чтобы ток базы не был больше предельного для данного транзистора. А если поставить специальный полевой транзистор управляемый напряжением логического уровня то можно обойтись без резистора.

      Удалить
  5. Огромное спасибо за помощь, попробую подобрать транзистор и реализовать свою схему. Кстати отличаются ли транзисторы по быстродействию? к примеру управляющие импульсы включения будут например с частотой 5кгц транзистор будет работать?

    ОтветитьУдалить
    Ответы
    1. Да, по быстродействию кт315 и кт973 сильно отличаются. кт315 гораздо более высокочастотный. На мегагерцах он работает. кт973 гораздо более медлителен но я думаю что несколько килогерц он осилить всё таки сможет.

      Удалить