Упрощенная структура полевого транзистора с управляющим затвором в в виде р –n перехода

2)

Изолир.

Инд р типа

Упрощенная структура полевого транзистора с изолированным затвором и индуцированным P каналом

17. Для приведенной на рисунке принципиальной схемы простейшего усилительного каскада, построенного на биполярном транзисторе, включенном по СОЭ с «заземленным» эмиттером и фиксированным (стабилизированным) током базы, рассчитать элементы установки рабочей точки, если известны величина ЭДС источника питания (Е =10 В) и параметры рабочей точки: , предельный ток коллектора I_КПРЕД=10 мА.

Биполярным транзистором (БТ) называют трехполюсный полупроводниковый прибор, в основу принципа действия которого положено взаимодействие чередующихся по типу проводимости электронно – дырочных структур, и предназначенный для осуществления следующих функций:

1. Усиления электрических сигналов по мощности.

2. Коммутации (переключения, подключения) участков электрической цепи.

3. Регулирования величины протекающего через два его вывода тока.

Для работы в классе А выбираем ток:

I_К = I_КПРЕД / 2 = 10мА / 2 = 5мА

В активном режиме ток коллектора: I_K = I_Б ( примерно 100). А I_Э I_K .

I_Б = I_К / = 5мА / 100=5*10^-3 / 10²=5*10^-5А.

I_Э = I_K = 5мА.

U_КЭ=Е / 2=10 В / 2 = 5В.

U_КЭ =E- I_KR_K;

R_K = (E - U_КЭ) / I_K = (10В – 5В) / 5*10^-3А = 1000 Ом

По результатам лабораторных работ, можно сделать вывод, что U_ЭБ = -U_БЭ, а U_ЭБ U_пор=0.7В.

По второму закону Кирхгофа: U_RК+U_БЭ=Е_К или R_БI_Б+U_БЭ=E_К, отсюда

R_Б = (E_К - U_БЭ) / I_Б = (10В – (-0,7В)) / 5*10^-5А =2,14*10⁵ Ом

18. Для приведенной на рисунке принципиальной схемы простейшего усилительного каскада, построенного на биполярном транзисторе, включенном по СОЭ с «заземленным» эмиттером и фиксированным (стабилизированным) напряжением базы, рассчитать элементы установки рабочей точки, если известны величина ЭДС источника питания (Е =10 V) и параметры рабочей точки: , предельный ток коллектора I_КПРЕД=10 мА.

Д ано: Решение

Е=10 В Элементами установки рабо-

β=100 чей точки есть величины со-

I_{к пред}=10мА 10^-2А противлений резисторов: R_к

Н -ти: и R_э

R_К-? R_Б-? U_{кэ рт}= Е/2 = 10/2 = 5 (В)

I_{к рт}= I_{к пред}/2 = 10^-2/2 =

= 5*10^-3 (А) = 0,5 мА

R_К=(Е- U_{кэ рт})/I_{к рт}= (10-5)/5*10^-3 =10³(Ом) = 1кОм

R_Б= (β*Е)/ I_{к рт}= 100*10/5*10^-3 = 0,2*10⁶ (Ом) =

= 0,2 МОм

19. Для приведенной на рисунке принципиальной схемы простейшего Н-образного усилительного каскада, полагая сначала сопротивление обратной связи R_Э равным нулю, рассчитать элементы установки рабочей точки, если известны величина ЭДС источника питания (Е =10 V) и параметры рабочей точки: , предельный ток коллектора I_КПРЕД=10 мА. Рассчитать величину резистора обратной связи по току.

Д ано: Решение

Е=10 В Элементами установки рабо-

β=100 чей точки есть величины со-

I_{к пред}=10мА 10^-2А противлений резисторов: R₁

μ = 5 и R₂

Н -ти:

R_К-? U_{кэ рт}= Е/2 = 10/2 = 5 (В)

R₁-? R₂-? I_{к рт}= I_{к пред}/2 = 10^-2/2 =

= 5*10^-3 (А) = 0,5 мА

R_К=(Е- U_{кэ рт})/I_{к рт}= (10-5)/5*10^-3 =10³(Ом) = 1кОм

I_д= μ* I_{б рт}= 5*5*10^-5 = 25*10^-5 =2,5 мА

R₁= (Е-0,7)/(I_д+I_{б рт}) = (10-0,7)/(25*10^-5+5*10^-5) =

= 9,3/3*10^-4 = 3,1*10⁴ (Ом) = 31кОм

R₂= 0,7/I_д = 0,7/25*10^-5 = 17,5*10⁵(Ом) =1,75МОм

20. Для приведенной на рисунке принципиальной схемы простейшего Н-образного усилительного каскада с известными элементами рабочей точки ( ,R_К=1кОм, R_Э=100 Ом), с предельным током коллектора I_КПРЕД=10 мА рассчитать коэффициент усиления по напряжению при работе с обратной связью по току. Определить так же величину конденсатора, шунтирующего обратную связь, если задана величина нижней частоты спектра сигнала 10 Гц.

Д ано: Решение

β=100 deltaT = 50,

I_{к пред}=10мА 10^-2А deltaK = 0,1,

R_К= 1 кОм 10³ Ом k_{U ooc} = R_К/R₃,

R_Э= 100 Ом I_{к рт}= I_{к пред}/2 = 10^-2/2 =

f_н = 10 Гц = 5*10^-3 (А) = 0,5 мА

Н -ти: R₃= (2,5*10^-3*deltaT)/

k_{U ooc} -? ( I_{к рт}* deltaК) =

c₃-? = 2,5*10^-3*50/5*10^-3*0,1 =

= 250*10^-3*10²/0,1= 250 (Ом)

k_{U ooc} = R_К/R₃ = 10³/250 = 4

c₃ = 100/2*π* f_н* R₃ = 100/2*3,14*10*250 =

= 100/15400 ≈ 0,0064 Ф = 6,4 нФ

21. Для приведенной на рисунке принципиальной схемы простейшего эмиттерного повторителя напряжения( , R_Э=1000 Ом), рассчитать входное сопротивление усилительного каскада. Определить, как изменится величина входного сопротивления, если вместо одного транзистора в повторителе будет использована пара Дарлингтона.

Д ано:

β = 100

R э= 1000 Ом

Rвх.1 -?

Rвх.2 -?

Решение:

Расчет входного сопротивления усилителя каскада, при подключённом эмиттерном повторители напряжения.

R_вх. = Rэ*β

R_вх = 1000*100 = 100 тыс. Ом

При использовании вместо эмиттерного повторителя напряжения пары Дарлингтона.

β сост.= β1* β2, т.к. значения β1= β2, то

βсост.=β²

R_вх.Д = Rэ*β²

Ответ: Следовательно входное сопротивление будет увеличено ещё в 100 раз.

Rвх=100*10⁵ Ом

22. Для приведенной на рисунке принципиальной схемы простейшего эмиттерного повторителя напряжения( , R_Э=1000 Ом), рассчитать входное сопротивление усилительного каскада. Определить, как изменится величина входного сопротивления, если вместо одного транзистора в повторителе будет использована пара Шиклаи.

Д ано:

β = 100

R э= 1000 Ом

Rвх.1 -?

Rвх.2 -?

Решение:

Расчет входного сопротивления усилителя каскада, при подключённом эмиттерном повторители напряжения.

R_вх. = Rэ*β

R_вх = 1000*100 = 100 тыс. Ом

При использовании вместо эмиттерного повторителя напряжения пары Дарлингтона.

β сост.= β1* β2, т.к. значения β1= β2, то

βсост.=β²

R_вх.Д = Rэ*β²

Ответ: Следовательно входное сопротивление будет увеличено ещё в 100 раз.

Rвх=100*10⁵ Ом

23. Для приведенной на рисунке принципиальной схемы простейшего эмиттерного повторителя напряжения рассчитать выходное сопротивление усилительного каскада. Рассчитать как изменится величина выходного сопротивления, если вместо одного транзистора в повторителе будет использована пара Дарлингтона.

Решение:

Теория

«Когда мы последовательно изучили принципы построения, структуры самых распространенных элементарных каскадов усилителей. Полученные знания (материал) стали основой для изучения работы более сложных усилителей. Сначала рассматривались однокаскадные предварительные усилители, которые «взаимодействуют» с источниками сигналов. Изучили условия, необходимые для их работы, электрические схемы обеспечения их нормального функционирования. Особое внимание уделили при этом дифференциальному усилителю и эмиттерному повторителю. Схемы таких усилителей обладают рядом очень ценных качеств, необходимых для осуществления высококачественного процесса усиления сигнала».

Чтобы рассчитать выходное сопротивление усилительного каскада на схеме простейшего эмиттерного повторителя напряжения мы пользуемя формулой:

R_вых. =r_э+ R_ис

r_э = ψ/І_к =ψ/І_э = 0,025/5*10^-3= 5 Ом

При использовании пары Дарлингтона вместо одного транзистора в повторители, выходное сопротивление будем рассчитывать по формуле приведённой ниже:

R_вых. =r_э+ R_ис/β

ИС (идеальное сопротивление) не влияет. В результате получаем, что сопротивление эмиттерного повторителя очень мало.

24. Для приведенной на рисунке принципиальной схемы эмиттерного повторителя напряжения рассчитать выходное сопротивление усилительного каскада. Определить, как изменится величина выходного сопротивления, если вместо одного транзистора в повторителе будет использована пара Шиклаи.

Решение: ЭП обладает таким важным достоинством как повышенное входное дифференциальное сопротивление. ЭП можно подключать к источникам сигналов, имеющих повышенное выходное сопротивление, и он будет позволять последним работать в режиме источника тока. Существенно увеличить входное сопротивление ЭП позволяет использование в нем составных транзисторов Дарлингтона и Шиклаи.

В ыходное дифференциальное сопротивление ЭП определяется выражением:

При небольших внутренних сопротивлениях источника сигнала и является малой величиной. Из формулы следует, что при больших внутренних сопротивлениях источников сигналов величина выходного сопротивления может оказаться значительной, что приведет к исчезновению ценных свойств ЭП.

В ыходное сопротивление ЭП на составном транзисторе Шиклаи равно

где –входное сопротивление (величина обратная входной проводимости усилительного каскада );

- коэффициенты усиления по току транзисторов, из которых образуется составной транзистор.

Вывод: следует, что при больших внутренних сопротивлениях источников сигналов величина выходного сопротивления может оказаться значительной, что приведет к исчезновению ценных свойств ЭП. В таких случаях схеме ЭП мы использовали пары Шиклаи, которые значительного снижают выходное сопротивление.

25. Для приведенной на рисунке схемы простейшего дифференциального усилителя рассчитать коэффициент усиления дифференциального сигнала. При проведении расчетов предположить, что ток в рабочей точке I_КРТ =5 мА, сопротивления в цепи эмиттера 1000 Ом, в цепи коллектора – 2 кОм, U_mBX= 10 мВ.

Д ано: Решение

I_{к рт}= 5 мА 5*10^-3А q= 1,6*10^-19 Кл – заряд

R_Э= 10³ Ом электрона

R_К= 2 кОм 2*10³ Ом k=1,38*10^-23 – постоянная

U_{m вх}=10 мВ 10^-2 В больцмана

Н -ти: t₀=300

k_{U диф} -? =

=1,38*10^-23*300/1,6*10^-19 = 2,59*10^-2

k_{U диф} = R_К* I_{к рт}/2*φ(t₀) =

=2*10³*5*10^-3/2*2,59*10^-2 = 0,19*10³

26. Для приведенной на рисунке схемы простейшего оконечного усилителя мощности, рассчитать элементы обеспечения рабочей точки выходных транзисторов, если известно, что ЭДС источника питания Е=28В.Изобразить схему, если для обеспечения режима АВ будет использован источник смещения на транзисторе и двух транзисторах (умножитель напряжения)

Резисторы R1,R2,R3 представляют собой делитель напряжения, через который протекает ток Iд. Обычно ток делителя выбирают в 5…10 раз больше начальных токов базы. Предположим и мы что ток делителя, протекающий через резисторы R1,R2,R3 больше токов базы транзистора и составляет Iд=3,5 мА.

Искомое смещение, т.е падение напряжения на резисторе R2 должно быть таким, чтобы оба транзистора имели напряжение между базой и эмиттером (по модулю) порядка напряжения порога Uпор(~0,7 В).Тогда требуемое смещение-это падение напряжения, создаваемое током делителя на резисторе R2. Зная, ток делителя и предположив, что требуемое напряжение смещения равно 2*Uпор=1,4В(0,7+0,7) находим величину резистора R2.

R2=(Uпор1+ Uпор2)/Iд= (0,7+0,7)/(3,5*10^-3)=400 Ом

При отсутствии входного сигнала потенциалы баз транзисторов, относительно их эмиттеров, равны φБ1=Uпор1=Ur2/2, φБ2=-Uпор2=-Ur2/2. Потенциал эмиттеров транзисторов относительно точки нулевого потенциала равен φэ0=Е/2. Следовательно потенциалы баз транзисторов относительно точки нулевого потенциала равны :

φБ10= φэ0+φБ1= Е/2+Uпор1= Е/2+Ur2/2

φБ20= φэ0-φБ2= Е/2-Uпор1= Е/2-Ur2/2

По заданному току делителя и известным потенциалам баз транзисторов определяем величины резисторов R1 и R3

R1= (Е- φБ10)/Iд=(28-(14+0,35))/(3,5*10^-3)=3900 Ом,

R3= φБ20/Iд=(14-0,35)/ (3,5*10^-3)= 3900 Ом.