Автор работы: Пользователь скрыл имя, 22 Сентября 2013 в 07:14, контрольная работа
Рассчитать параметры резисторов исходя из заданного положения рабочей точки в классе А ( ) и ее нестабильности ( ) при напряжении источника питания схемы ( ) типа транзистора ( ), для схемы, изображенной на рис.1. Построить передаточную характеристику схемы на участке база-коллектор транзистора и нанести на нее рабочую точку. Оценить расчетным путем основные малосигнальные параметры рассматриваемой схемы Kuo, Kio, Kp, Rвх, Rвых, а также при какой амплитуде входного сигнала в схеме возникнут нелинейные искажения. На основе сведений о нижней граничной частоте (FH) полосы пропускания усилителя с учетом данных о сопротивлениях нагрузки (RH) и источника сигнала (RГ) определить емкости разделительных (Cp1 и Cp2) и блокировочного (Сбл) конденсаторов.
Задание на расчетно-графическую работу по курсу «Электроника»
«Расчет однокаскадного усилителя»
Рис.1 Схема электрическая принципиальная усилителя
Параметры транзистора КТ326А
Транзистор кремневый, Эпитаксиально-планарный, p-n-p,высокочастотный.
(B1-B2) |
Fгр, МГц |
Cк/Uкб, пФ/В |
Uкэ.нас/(Iк/Iб) В/мА/мА |
Iко, мкА |
Uкб.max В |
Uэб.max В |
Uкэ.max В |
Iб.max мА |
Iк.max мА |
Pк.max мВт |
20-70 |
250 |
8/5 |
0,45/50/1 |
0,5 |
20 |
4 |
15 |
3 |
50 |
250 |
Обозначение |
Параметр |
(B1-B2) |
Статический коэффициент передачи тока биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером; приводятся минимальное (B1) и максимальное (B2) значения |
Fгр |
Граничная частота усилителя |
Cк/Uкб |
Емкость коллекторного перехода (Cк) при напряжении на коллекторе (Uкб) |
Uкэ.нас/(Iк/Iб) |
Напряжение насыщения коллектор-эмиттер (Uкэ.нас) биполярного транзистора при заданном токе коллектора (Iк) и заданном токе базы (Iб) |
Iко |
Обратный ток коллектора |
Uкб.max |
Максимально допустимое постоянное напряжение коллектор-база |
Uэб.max |
Максимально допустимое постоянное напряжение эмиттер-база |
Uкэ.max |
Максимально допустимое постоянное напряжение коллектор-эмиттер |
Iб.max |
Предельно допустимый постоянный ток базы транзистора |
Iк.max |
Максимально допустимый ток коллектора |
Pк.max |
Максимально допустимая рассеиваемая мощность на коллекторе |
Ряды номинальных значений параметров типовых радиоэлементов
Индекс ряда |
Числовые коэффициенты, умножаемые на 10 |
Допуск, % | |||||
Е6 |
1,0 |
1,5 |
2,2 |
3,3 |
4,7 |
6,8 |
|
Е12 |
1,0 |
1,5 |
2,2 |
3,3 |
4,7 |
6,8 |
|
1,2 |
1,8 |
2,7 |
3,9 |
5,6 |
8,1 |
||
Е24 |
1,0 |
1,5 |
2,2 |
3,3 |
4,7 |
6,8 |
|
1,1 |
1,6 |
2,4 |
3,6 |
5,1 |
7,5 |
||
1,2 |
1,8 |
2,7 |
3,9 |
5,6 |
8,1 |
||
1,3 |
2,0 |
3,0 |
4,3 |
6,2 |
9,1 |
Задание 1.
Рассчитать параметры резисторов исходя из заданного положения рабочей точки в классе А ( ) и ее нестабильности ( ) при напряжении источника питания схемы ( )типа транзистора ( ).
Исходные данные:
IкА, мА |
S |
Eк, В |
Тип транзистора |
Fн, Гц |
Rг, кОм |
Rн, кОм |
Сн, пФ |
1 |
10 |
10 |
КТ326А |
200 |
3 |
10 |
25 |
Статический коэффициент усиления базового тока выбираем равным 40.
Так как Eк – источник постоянного напряжения, то схему можно упростить, убрав все конденсаторы и ненужные резисторы. Также уберем из схемы источник переменного напряжения и получим схему изображенную на рис.2
Рис.2 Упрощенная схема электрическая принципиальная усилителя
Предположим, что транзистор находится в нормальной активной области.
Температурная стабильность работы усилителя тем выше, чем больше падение постоянного напряжения на Rэ. На выбор значения Uэ влияет значение Uкэ, которое изменяется при действии входного сигнала. Выбор Uкэа сообразуется с тем обстоятельством, что во время работы усилителя Uкэ не должно стать меньше 0,3 В, поскольку в противном случае транзистор попадет в режим насыщения. Поэтому целесообразно задать значение Uкэ в рабочей точке, равное половине Ek.
Uкэ=5 В
Для малосигнальных схем напряжение на Rэ составляет 5-30% напряжения Eк. Выбираем
Urэ=1 (В)
Из соотношения Eк=Uкэ+Urк+Urэ, получим
Urка=4(В)
Вычислим сопротивление Rк по закону Ома:
Rк=Urка/Iка=(4/1)*1000=4 кОм
Rэ найдем как:
Rэ= Urэа/Iэ, где
Таким образом Iэ=0,001/40+0,001=0,
Rэ= =975,61 Ом
Рассчитаем значение сопротивлений R1 и R2, образующих делитель в цепи базы. Определим их из заданного потенциала базы и коэффициенту температурной нестабильности.
Коэффициенту температурной нестабильности:
Выразим Rб:
По входным ВАХ определим требуемый потенциал базы Uб:
Uбэ=0,73 В
Таким образом:
Uб=Uэ+Uбэ=1,73 В
А так же
Решая систему:
Получим:
R1=69552.16 Ом
R2=14549.6 Ом
Номинальные значения резисторов возьмем в соответствии с рядом Е24 (ГОСТ 2825-67), тогда
R1=68000 Ом
R2=15000 Ом
RК=3900 Ом RЭ=1000 Ом
Задание 2.
Рассмотрим узловые потенциалы в схеме. Построить передаточную характеристику схемы на участке база-коллектор транзистора и нанести на нее рабочую точку. Обозначить на характеристике области работы транзистора.
Рассмотрим узловые потенциалы в схеме изображенной на рис.3.
В качестве точки с нулевым потенциалом выберем точку В, и все потенциалы будем измерять относительно нее.
Рис.3
Найдем потенциал на эмиттере:
Найдем потенциал на базе:
Uбэ определим по входным ВАХ: |Uбэ|=0,73 В
Найдем потенциал на коллекторе:
Получили узловые потенциалы:
Построить передаточную характеристику схемы на участке база-коллектор транзистора :
Построим её, исходя из входных ВАХ, изображенных на рис 4.
Рис 4.
От этого зависимости можно перейти к зависимости , пользуясь соотношением и
А так же учитывая, что при (граница области отсечки).
Получим:
Из графика видно, что при напряжении становится отрицательным, что невозможно, и означает переход транзистора в область насыщения. Уточним график учитывая это явление.
В области насыщения не может быть больше
Определим на границе режимов:
опредилим по зависимости напряжения насыщения коллектор-эмитер от тока коллектора, изображенной на рис 5.
Рис 5.
Таким образом при напряжении :
При дальнейшем увеличении транзистор будет уходить во все более глубокое насыщение. При этом уже будет выполняться условие .
При повышении ток коллектора будет уменьшаться до значения .
Обобщая все вышеизложенное получим, что передаточная характеристика будет иметь вид:
Задание 3.
Оценить расчетным путем основные малосигнальные параметры рассматриваемой схемы Kuo, Kio, Kp, Rвх, Rвых, а также при какой амплитуде входного сигнала в схеме возникнут нелинейные искажения.
Рис.4 Эквивалентная схема усилителя
Исходные данные:
Rг=3 кОм
Rн=10 кОм
1)Рассчитаем Rвх:
Для транзистора сопротивление p-n перехода составляет
Принимаем
Получаем:
2)Рассчитаем Kuo:
, где S крутизна входной ВАХ.
Обратим внимание на то, что усилитель с ОЭ является инверсной схемой: напряжение на его выходе имеет обратный знак по отношению напряжения на входе.
Получаем, что:
3) Рассчитаем Kio:
4) Рассчитаем Rвых:
5) Рассчитаем Kp:
Оценка нелинейных искажений.
Необходимо узнать при какой амплитуде входного сигнала в схеме возникнут нелинейные искажения. Амплитуда выходного сигнала не может быть больше, чем .
Найдем действующее значение амплитуды входного сигнала
Расчет нелинейных искажений:
Применим графический метод расчета. На выходных ВАХ транзистора нанесем рабочую точку, а так же нагрузочную прямую по постоянному(а-в) и переменному(Г-Д) току.