Главная Учебники - Разные Лекции (разные) - часть 45
Контрольное задание №1
Исходные данные (Вариант №4): Изобразим полную принципиальную схему предварительного каскада элементами связи с источником сигнала и последующим каскадом. Выберем тип транзистора исходя из заданного режима его работы и частоты верхнего среза усилителя fВ
Еп=9В; I0K
=12 мА; fВ
=10кГц Возьмем низкочастотный транзистор малой мощности. Например ГТ108А [3]. Это германиевый сплавной транзистор p-n-p типа. Выпишем его основные параметры из справочника [3]: Рассчитаем параметры малосигнальной модели биполярного транзистора [1]. Среднее значение коэффициента передачи тока равно: h
21Э
=33,2. Выходная проводимость определяется как h
22Э
=1,2*10-4
См. Здесь UA
— напряжение Эрли, равное 70... 150 В у транзисторов типа р-n-р. Объемное сопротивление области базы rБ
можно определить из постоянного времени τК
коллекторного перехода: rБ
=100 Ом Дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода определяется по формуле: r
Б’Э
=74 Ом где m=1 — поправочный коэффициент, принимаемый примерно равным 1 для германиевых транзисторов. Входное сопротивление транзистора: h
11Э
=174 Ом Емкость эмиттерного перехода равна: СБ’Э
=4,3 нФ Проводимость прямой передачи: Y21Э
=0,191 См Рассчитаем параметры эквивалентной схемы биполярного транзистора по дрейфу [1]. Минимальная температура перехода транзистора где PK
— мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора; PK
=48 мВт, RПС
=0,5 °С/мВт, tПmin
= 14,4°С. Максимальная рабочая температура перехода: tПmax
= tСmax
+ RПС
PK
(1.10) tПmax
=49,4°С Значение параметра h/
21Э
транзистора при минимальной температуре перехода: h/
21Э
=26,4. Значение параметра h//
21Э
транзистора при максимальной рабочей температуре перехода: h//
21Э
=52,3. Изменение параметра Δh21Э
в диапазоне температур: Δh21Э
=26 Изменение обратного тока коллектора в диапазоне температур: ΔIКБ0
=81 мкА, где α — коэффициент, принимаемый для германиевых транзисторов в интервале 0,03— 0,035 Эквивалентное изменение тока в цепи базы в диапазоне температур: ΔI0
=0,4 мА Эквивалентное изменение напряжения в цепи базы, вызванное изменением температуры окружающей среды: ΔU0
=0,12В Рассчитаем элементы эммитерной стабилизации тока покоя транзистора: Зададимся падением напряжением на сопротивлении RЭ
в цепи эмиттера транзистора равным URЭ
=0,2Eп=1,8В (1.17) Определим сопротивление этого резистора: RЭ
=150 Ом а также сопротивление резистора в цепи коллектора: RК
=267 Ом Округлим их значения до ближайших стандартных, они будут равны соответственно 150 Ом и 270 Ом Зададимся допустимым изменением тока коллектора в диапазоне температур из условия ΔI0К
=0,5I0K
=6 мА При этом необходимо учитывать, что меньшее значение изменения этого тока приводит к увеличению тока, потребляемого резистивным делителем в цепи базы, к снижению входного сопротивления и ухудшению КПД каскада. Исходя из требуемой стабилизации тока покоя каскада, определяют эквивалентное сопротивление в цепи базы транзистора: RБ
=4,2 кОм (стандартная величина – 4,3 кОм) Рассчитаем ток базы в рабочей точке: IОБ
=0,36 мА Пусть U0БЭ
=0,3 В Напряжение на нижнем плече резистивного делителя в цепи базы: URБ2
=2,1 В Сопротивление верхнего плеча резистивного делителя в цепи базы: RБ1
=10 кОм (стандартная величина – 10 кОм) Сопротивление нижнего плеча делителя в цепи базы: RБ2
=4,2 кОм (стандартная величина – 4,3 кОм) Входные сопротивления рассчитываемого RВХ
и последующего RВХ2
= RН
каскадов: RВХ1
=167 Ом Выходное сопротивление каскада: RВЫХ
=260 Ом Определим емкости разделительных (СР1
и СР2
) и блокировочного (СЭ
)конденсаторов. Эти конденсаторы вносят частотные искажения в области нижних частот примерно в равной степени. В связи с этим заданные на каскад частотные искажения МН
(дБ) в децибелах целесообразно распределить поровну между данными элементами: МНСР1
=МНСР2
=МНСЭ
=
0,33 дБ Емкость первого разделительного конденсатора: СР1
=6,1 мкФ (стандартная величина – 6,2 мкФ) Емкость второго разделительного конденсатора: СР2
=11 мкФ (стандартная величина – 10 мкФ) Емкость блокировочного конденсатора в цепи эмиттера: где М0
=7,7; СЭ
=238 мкФ (стандартная величина – 240 мкФ); Сопротивление нагрузки каскада по переменному току: Коэффициент передачи каскада по напряжению: КU
=20 Сквозной коэффициент передачи по напряжению: КЕ
=4,2 Выходное напряжение каскада: UВЫХ
=213 мВ Коэффициент передачи тока: Ki
=20 Коэффициент передачи мощности: KP
=383 Верхняя граничная частота каскада определяется по формуле: где Постоянную времени где Эти постоянные времени определяются по формулам где С0
— эквивалентная входная емкость каскада, Сн
— емкость нагрузки. Эквивалентная входная емкость каскада включает емкость перехода база — эмиттер С0
=5,3 нФ; fВ
=180 кГц. Определим частотные искажения в области верхних частот МВ
=0,013 и сравним их с заданным значением М. Т.к. условие выполняется, т.е. МВ
(дБ)<М(дБ), следовательно расчет произведен верно. Контрольное задание №2
тип схемы: 7; тип транзистора: p-n-p - КТ363Б Выпишем основные параметры заданных транзисторов: Eг=1мВ; fc=10кГц; Rг=1кОм; Rн=1кОм; Сн=100пФ; Ср2=10мкФ. Принципиальная схема анализируемого каскада с подключенными к ней источником сигнала и нагрузкой имеет вид: Рассчитаем режим работы транзисторов по постоянному току, пусть Еп=10 В. Расчет схемы по постоянному току проводится в следующем порядке. Рассчитаем ток делителя в базовых цепях транзисторов: Определить потенциалы баз транзисторов: Найдем потенциалы эмиттеров транзисторов: Напряжение U0БЭ
выбирается в интервале 0.5...0,7 В для кремниевых транзисторов, выберем U0БЭ
=0,5В. Рассчитаем ток в резисторе, подключенном к эмиттеру первого транзистора: Рассчитаем ток коллектора в рабочей точке, для этого найдем сначала найдем среднее значение коэффициента передачи тока: h21Э
=69, тогда: Определим напряжение на коллекторе в рабочей точке: По результатам расчета статического режима определяются параметры моделей первого и второго транзисторов: Выходная проводимость определяется как h22
1=1,3*10-5
См, h22
2=1,2*10-5
См. Здесь UA
— напряжение Эрли, равное 100... 200 В у транзисторов типа n-р-n. Примем UA
=100В. Предельная частота усиления транзистора по току определяется по единичной частоте усиления fТ
: Граничная частота fТ
находится по формуле: fТ1,2
=1,5 ГГц; Объемное сопротивление области базы rБ
можно определить из постоянной времени τК
коллекторного перехода транзистора, приводимой в справочниках: rБ1,2
=2,5 Ом. Дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода определяется по формуле: rБ’Э1
=2,2 кОм, rБ’Э2
=2,2 кОм. где m — поправочный коэффициент, принимаемый примерно равным 1.5 для кремниевых транзисторов. rЭ1
=31 Ом, rЭ2
=31 Ом. Емкость эмиттерного перехода равна: СБ’Э1
=3,4 пФ; СБ’Э2
=3,3 пФ Определим коэффициент передачи по напряжению, входное и выходное сопротивление оконечного каскада, построенного по схеме с ОЭ. Входное сопротивление транзистора VT2: h11
2=rБ2
+rБ
’
Э2
=2,2 кОм (2.19) Входное сопротивление каскада: Выходное сопротивление каскада: Сопротивление нагрузки каскадапо переменному току: Коэффициент передачи каскада по напряжению: KU2
=16 Определим коэффициент передачи по напряжению, сквозной коэффициент передачи по напряжению, входное и выходное сопротивления входного каскада. При этом необходимо учитывать, что нагрузкой входного каскада является входное сопротивление оконечного каскада. Входной каскад построен по схеме с ОЭ. Входное сопротивление транзистора VT2: h11
1=rБ1
+rБ
’
Э1
=2,2 кОм
(2.24) Входное сопротивление каскада: Выходное сопротивление каскада: Сопротивление нагрузки каскадапо переменному току: Коэффициент передачи каскада по напряжению: KU1
=32 Сквозной коэффициент передачи по напряжению: Коэффициент передачи по напряжению всего усилителя определяется по формуле KU
= KU1
* KU2
=500 (2.31) Сквозной коэффициент передачи по напряжению KE
всего усилителя определяется аналогично: KЕ
= KЕ1
* KU2
=310 (2.32) Входное сопротивление усилителя определяется входным сопротивлением входного каскада, а выходное – выходным сопротивлением оконечного каскада. Постоянные времени в области нижних частот, связанные с разделительными конденсаторами Ср1, Ср2, определяются по формулам: τН1
=Ср1*(Rг+ RВХ1
)=13 мс (2.33) τН2
=Ср2*(RВЫХ2
+ Rн)=20 мс (2.34) Постоянная времени в области нижних частот, связанная с блокировочным конденсатором Сэ, определяется по формуле: τН3
=СэRэ=30 мс (2.35) Эквивалентная постоянная времени в области нижних частот равна где τНi
,
τНj
- эквивалентные постоянные времени каскада в области нижних частот связанные с i-м разделительным и j-м блокировочным и конденсаторами соответственно. τН
=10 мс Нижняя частота среза определяется по формуле: В усилителе имеются три постоянных времени в области верхних частот, связанные с входными цепями входного и оконечного транзисторов и емкостью нагрузки: τВi
=Сi*Ri,
(2.38) где Сi – емкость i-го узла относительно общего провода, Ri – эквивалентное сопротивление i-го узла относительно общего провода. Входная емкость транзистора в схеме с общим эмиттером равна: С01
=
70 пФ, С02
=37 пФ. n Эквивалентная постоянная времени в области верхних частот равна τВ
=75 нс Верхняя частота среза определяется по формуле: fВ
=2 МГц Литература
1. Войшвилло. Г. В. Усилительные устройства / Г. В. Войшвилло. — М. : Радио и связь, 1983. 2. Титце, У. Полупроводниковая схемотехника. / У. Титце, К. Шенк. — М. : Мир, 1982. 3. Галкин, В. И. Полупроводниковые приборы : справочник / В. И. Галкин, А. Л. Булычев, В. А. Прохоров. — 2-е изд. — Минск : Беларусь, 1987.
|