Wie man einen dreistufigen Verstärker an Transistoren richtig berechnet: Schritt für Schritt Anleitung

Dreistufiger Verstärker bei Transistoren handelt es sich um ein elektronisches Gerät, mit dem Sie die Amplitude eines elektrischen Signals erhöhen können. Es besteht aus drei Kaskaden: Input, Intermediate und Output. Jede Kaskade erfüllt ihre Rolle in der Verstärkungsschaltung und hat bestimmte Parameter, die berechnet werden müssen, um eine optimale Leistung des Geräts zu erzielen.

Berechnung eines dreistufigen Verstärkers beginnt mit der Bestimmung der erforderlichen Verstärkung. Um dies zu tun, müssen Sie wissen, wie oft die Signalamplitude erhöht werden muss. Als nächstes sollten Sie die Art der Transistoren bestimmen, die im Gerät verwendet werden sollen, sowie ihre Parameter wie die Verstärkung und den maximal zulässigen Strom.

Letzte Phase der Berechnung - dies ist die Definition der notwendigen Parameter der Schaltungselemente: Widerstände, Kondensatoren und Induktivitäten. Für jede Kaskade wird der Eingangs- und Ausgangswiderstand sowie der maximale Stromwert berechnet, der durch die Schaltungselemente fließt. Die Berechnungsergebnisse ermöglichen es Ihnen, die erforderlichen Werte der Elemente zu bestimmen und einen dreistufigen Verstärker an Transistoren zu entwerfen.

Das Berechnen eines dreistufigen Verstärkers an Transistoren kann vor allem für angehende Elektroniker wie ein komplizierter Prozess erscheinen. Aber mit Hilfe von Schritt-für-Schritt-Anweisungen und einem Vorstudium der Theorie können Sie dieses Problem erfolgreich lösen und ein hochwertiges Verstärkergerät erstellen.

Wie berechnet man einen dreistufigen Verstärker an Transistoren

Schritt 1: Ermitteln der erforderlichen Verstärkungsleistung

Der erste Schritt besteht darin, die erforderliche Verstärkungsleistung zu bestimmen, die Sie vom Verstärker erhalten möchten. Dies kann an den Anforderungen einer bestimmten Anwendung oder an Aufgaben liegen, die gelöst werden müssen. Wenn Sie beispielsweise das Audiosignal verstärken müssen, um eine Verbindung zu einem Soundsystem herzustellen, können Sie die erforderliche Leistung in Watt ermitteln.

Schritt 2: Ermitteln der Verstärkung jeder Kaskade

Als nächstes müssen Sie die Verstärkung für jede Kaskade des Geräts bestimmen. Die Verstärkung ist das Verhältnis von Ausgangssignal zu Eingangssignal. Sie können dazu Daten aus dem Datumstransistor verwenden oder eine experimentelle Studie durchführen.

Ein Beispiel: Wenn Sie drei Gerätekaskaden haben und jeweils eine Verstärkung von 10 haben, ist die Gesamtverstärkung gleich 10 * 10 * 10 = 1000.

Schritt 3: Ermitteln der Komponentenwerte

Nachdem Sie die Verstärkung jeder Kaskade ermittelt haben, müssen Sie die Werte der Verstärkerschaltungskomponenten berechnen. Dies beinhaltet die Berechnung von Widerständen, Kapazitäten und anderen Elementen, die zum Erzeugen von Signalverstärkung und -filterung erforderlich sind. Dazu können Sie spezielle Formeln verwenden oder sich auf Informationen aus den Datumsangaben der Komponenten beziehen.

Schritt 4: Erstellen und Testen der Schaltung

Nachdem Sie alle für einen dreistufigen Verstärker erforderlichen Komponentenwerte ermittelt haben, können Sie mit der Montage der Schaltung beginnen. Nach der Montage muss das Gerät getestet werden, um sicherzustellen, dass es ordnungsgemäß funktioniert und die Anforderungen erfüllt.

Wenn Sie diese Schritte befolgen, können Sie den dreistufigen Verstärker an den Transistoren korrekt berechnen und die erforderliche Verstärkung für Ihre Anwendung erhalten.

Vorbereitung auf die Berechnung

Bevor Sie mit der Berechnung eines dreistufigen Verstärkers an Transistoren beginnen, müssen Sie einige wichtige Schritte ausführen:

• Verstärkeranforderungen ermitteln: bestimmen Sie die gewünschte maximale Ausgangsleistung, den Betriebsfrequenzbereich, die Verstärkung und andere Parameter.
• Erforderliche Komponenten prüfen: stellen Sie sicher, dass Sie alle notwendigen Transistoren, Widerstände, Kondensatoren und andere Elemente haben, um den Verstärker zu montieren.
• Bestimmen Sie den Typ der Transistoren: wählen Sie den Typ der Transistoren für jeden Kaskadenabschnitt des Verstärkers aus. Bipolare NPN-Transistoren werden häufig verwendet.
• Bauen Sie eine Verstärkerschaltung auf: zeichnen Sie ein Diagramm eines dreistufigen Verstärkers mit allen notwendigen Komponenten und Verbindungen.

Die Vorbereitung auf die Berechnung ist ein wichtiger Schritt, bevor ein dreistufiger Verstärker an Transistoren erzeugt wird. Wenn Sie diese Schritte sorgfältig durchführen, können Sie Probleme vermeiden und korrekte Amp-Berechnungen durchführen.

Auswahl von Transistorparametern

Bei der Auswahl von Transistoren sollten Sie auch auf ihre gewünschten Parameter achten, z. B. die Eingangskapazität (C_be), ausgangskapazität (C_bc) und die Eigenschaften des Arbeitspunkts (Ruhestrom I_CQ und Spannung V_CEQ), die die Gesamtleistung und Stabilität des Verstärkers beeinträchtigen können.

Berechnung der ersten Kaskade

Zunächst müssen Sie die gewünschte Verstärkung (A) der ersten Kaskade bestimmen. Dieser Parameter hängt von der erforderlichen Gesamtverstärkung des gesamten Verstärkers ab und kann in den Berechnungen festgelegt werden.

Der nächste Schritt besteht darin, den Arbeitspunkt des Transistors auszuwählen. Dazu muss der Betriebsstrom des Kollektors (I) ermittelt werden_c) und Kollektorbetriebsspannung (V )_c). Eingangsimpedanz des Transistors (r_p.) und seine Verstärkung (h₂₁) muss auch bei der Berechnung berücksichtigt werden.

Nach der Bestimmung des Arbeitspunkts des Transistors ist es notwendig, den Widerstand R zu berechnen₁ und R₂ sowie Kondensator C₁, um den erforderlichen Eingangsimpedanz der ersten Kaskade und die Frequenzgrenze für ihren Betrieb festzulegen.

Schließlich ist es notwendig, zusätzliche Schaltungselemente der ersten Stufe zu berechnen, z. B. einen Kondensator C₂ und Widerstand R_em um den Arbeitspunkt zu stabilisieren.

Berechnung der zweiten Kaskade

Nach der Berechnung der ersten Kaskade und der Bestimmung ihrer Parameter können Sie mit der Berechnung der zweiten Kaskade eines dreistufigen Verstärkers an Transistoren beginnen.

Die zweite Kaskade spielt die Rolle eines Spannungsverstärkers und seine Aufgabe besteht darin, das Signal von der ersten Kaskade zu erhöhen. Die Berechnung der zweiten Kaskade besteht aus den folgenden Schritten:

1. Bestimmen Sie den erforderlichen Verstärkungsfaktor. Die zweite Kaskade sollte das Signal von der ersten Kaskade mit der angegebenen Verstärkung verstärken. Um dies zu tun, müssen Sie den gewünschten Verstärkungsfaktor der zweiten Kaskade kennen.
2. Wählt das aktive Element aus. Wie bei der ersten Kaskade hängt die Auswahl des aktiven Elements von der erforderlichen Verstärkungsleistung, dem Typ des Transistors und anderen Parametern ab. Normalerweise werden NPN-Transistoren für die zweite Kaskade verwendet.
3. Berechnung des Arbeitspunkts. Nach der Auswahl des aktiven Elements ist es notwendig, seinen Arbeitspunkt zu bestimmen, dh den Kollektorstrom und die Basisspannung, bei der der Transistor linear arbeitet. Die Berechnung des Arbeitspunkts erfolgt auf der Grundlage der Betriebslast und des angegebenen Verstärkungsfaktors.
4. Bestimmung der Parameter von Widerständen und Kondensatoren. In diesem Schritt müssen Sie die Werte der Widerstände bestimmen, die zur Bestimmung des Arbeitspunkts verwendet werden, sowie die Größe der kapazitiven Elemente, die die gewünschte Signalbandbreite bereitstellen.

Nach der Berechnung der Parameter der zweiten Stufe muss überprüft werden, ob die Werte der Komponenten den gewünschten Eigenschaften des Verstärkers entsprechen. Sie können bei Bedarf Anpassungen vornehmen und die Schemaparameter neu berechnen.

Berechnung der dritten Kaskade

Nachdem die ersten beiden Kaskaden erfolgreich berechnet wurden, müssen Sie mit der Berechnung der dritten Kaskade im dreistufigen Verstärker an den Transistoren fortfahren.

Zunächst entscheiden wir uns für den Typ des Transistors der dritten Stufe: pnp oder npn. Die Bestimmung des Transistortyps hängt von der gewählten Verstärkerschaltung und den Spannungs- und Strompegelanforderungen ab.

Nachdem wir den Typ des Transistors bestimmt haben, fahren wir mit der Berechnung fort, indem wir mit der Auswahl des Arbeitspunkts beginnen. Der Arbeitspunkt der dritten Stufe muss so gewählt werden, dass sich der Transistor im aktiven Betrieb befindet und den gewünschten Verstärkungspegel liefert.

Für die Auswahl des Arbeitspunkts der dritten Stufe müssen folgende Parameter berücksichtigt werden: Eingangsimpedanz der dritten Stufe, Ausgangsimpedanz der zweiten Stufe und die erforderliche Verstärkung für die dritte Stufe.

Um den Arbeitspunkt der dritten Stufe zu berechnen, muss das Prinzip verwendet werden, den Schnittpunkt zweier gerade Linien zu finden – die Gleichstromleitung am Ausgang der zweiten Stufe und die Gleichstromleitung am Eingang der dritten Stufe.

Nachdem wir einen Arbeitspunkt ausgewählt haben, beginnen wir mit der Berechnung der Durchlaufeigenschaften der dritten Stufe: eingangsimpedanz, Ausgangsimpedanz und Verstärkung.

Definieren wir den Eingangsimpedanz der dritten Stufe als das Verhältnis der Änderung der Eingangsspannung zur Änderung des Eingangsstroms in der dritten Stufe.

Definieren wir den Ausgangsimpedanz der dritten Stufe als das Verhältnis der Änderung der Ausgangsspannung zur Änderung des Ausgangsstroms.

Definieren wir den Verstärkungsfaktor der dritten Kaskade als das Verhältnis der Änderung der Ausgangsspannung zur Änderung der Eingangsspannung.

Berechnung der Gesamtverstärkung

Die Gesamtverstärkung eines dreistufigen Verstärkers kann berechnet werden, indem die Verstärkungsfaktoren jeder Stufe multipliziert werden.

1. Suchen Sie die Verstärkung der ersten Kaskade (A1). Sie können dazu eine Formel verwenden:

A1 = (R2 / (R1 + R2)) * β * (1 + (Rs / RVC))

• P1 und P2 sind die Widerstände des Eingangsteilers der ersten Stufe;
• β - Verstärkungsfaktor für den Basisemitterschluss des Transistors;
• RS - Widerstand des Kollektorwiderstands des Transistors;
• RVC ist der Eingangsimpedanz der zweiten Kaskade.

2. Suchen Sie nach der Verstärkung der zweiten Kaskade (A2). Sie können dazu eine Formel verwenden:

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

• P3 und P4 sind die Widerstände des Eingangsteilers der zweiten Stufe;
• R6 - Kollektorwiderstand des Transistors;
• RVC ist der Eingangsimpedanz der dritten Kaskade.

3. Suchen Sie nach der Verstärkung der dritten Kaskade (A3). Sie können dazu eine Formel verwenden:

A3 Δ Δ Δ Δыхых /вв А А

• ΔU - Änderung der Ausgangsspannung der dritten Stufe;
• ΔUvx ist die Änderung der Spannung am Eingang der dritten Kaskade.

4. Berechnen Sie die Gesamtverstärkung (A), indem Sie die Verstärkungswerte jeder Kaskade multiplizieren:

A = A1 * A2 * A3

Dadurch wird die Gesamtverstärkung des dreistufigen Verstärkers an den Transistoren berechnet, wenn Sie diese Schritte ausführen.

Berechnung der Eingangs- und Ausgangswiderstände

Um die Eingangs- und Ausgangswiderstände eines dreistufigen Verstärkers an Transistoren zu berechnen, müssen die Prinzipien der Widerstände in elektrischen Schaltungen verwendet werden.

Der Eingangswiderstand des Verstärkers wird durch die Summe des Eingangswiderstands der Basis-Emitterstufe des ersten Transistors und des Ausgangswiderstands der Basis-Emitterstufe des letzten Transistors bestimmt. Um den Eingangswiderstand zu berechnen, muss das Prinzip des Spannungsteilers verwendet werden. Verbinden Sie den dynamischen Lasteingang mit dem Basis-Emitter-Übergang der letzten Stufe. Sie können dann eine vereinfachte Formel verwenden, um den Eingangswiderstand zu berechnen:

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

• hfe1, hfe2, hfe3 - die Stromverstärkungsfaktoren der jeweiligen Transistoren
• R3 - der Widerstand des Basisemitterübergangs des letzten Transistors
• hie1, hie2, hie3 - Eingangswiderstände der jeweiligen Transistoren

Der Ausgangswiderstand des Verstärkers wird durch die Summe des Ausgangswiderstands des letzten Transistors und des Eingangswiderstands der Basisemitterstufe des ersten Transistors bestimmt. Um den Ausgangswiderstand zu berechnen, muss das Prinzip des Spannungsteilers verwendet werden. Verbinden Sie den dynamischen Lastausgang mit dem Kollektor des letzten Transistors. Sie können dann eine vereinfachte Formel verwenden, um den Ausgangswiderstand zu berechnen:

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

• Re1, Re2, Re3 - Widerstände des Basis-Emitterübergangs der jeweiligen Transistoren
• hfe1, hfe2, hfe3 - die Stromverstärkungsfaktoren der jeweiligen Transistoren
• hie1, hie2, hie3 - Eingangswiderstände der jeweiligen Transistoren

Die erhaltenen Werte der Eingangs- und Ausgangswiderstände ermöglichen es, die Parameter des dreistufigen Verstärkers zu verfeinern und richtig zu berechnen.