Национальный Технический Университет Украины
«Киевский политехнический институт»
Кафедра физической и биомедицинской электроники
Конспект лекций
по курсу:
«Анализ и расчёт электронных схем»
Содержание
1. Графоаналитический метод анализа электронных схем
1.1. Общая характеристика и сущность метода
1.2. Применение метода к анализу электронных схем
Статический
режим
усилителя (
Динамический
режим
усилителя (
2. Узловой метод анализа электронных схем
2.1. Модели и матрица проводимостей биполярного транзистора
2.2. Модели и матрица проводимостей полевого транзистора
2.3. Модели и матрица проводимостей электровакуумного триода
2.4. Алгоритм составления матриц проводимостей схемы, содержащей Источник Тока Управляемый Напряжением (ИТУН)
2.5. Модели и матрица проводимостей схемы операционного усилителя
2.6. Модели и матрица проводимостей индуктивно связанных катушек
2.7. Алгоритм составления матрицы проводимостей схемы без представления компонентов схемы моделью
2.8 Связь функций с матрицей проводимости схемы
2.9. Приведение зависимых источников к регулярному виду
2.10. Преобразование узловых уравнений схемы, содержащей зависимые источники
2.11. Численные методы решение системы алгебраических уравнений
3. Метод ориентированных графов
3.1. Общая характеристика и сущность метода
3.2. Эквивалентные преобразования графа
3.3. Передача графа
4. Определение временных характеристик и параметров электронной схемы
4.1. Определение временных характеристик и параметров электронной схемы
4.2. Определение параметров переходной характеристики
5. Определение частотных характеристик и параметров электронной схемы
5.1. Определение частотных характеристик схемы
5.2. Параметры частотных характеристик электронных схем
5.2.1. Логарифмический масштаб АЧХ
6. Анализ устойчивости электронных схем
6.1. Условия устойчивости электронных схем
6.2. Алгебраический критерий устойчивости Рауса-Гурвица
6.3. Частотный критерий устойчивости Михайлова
6.3.1. Годограф Михайлова
6.4. Частотный критерий Найквиста
6.5. Имитансный критерий устойчивости
7. Влияние обратных связей на показатели работы электронной схемы
7.1. Классификация обратных связей
7.2. Влияние обратной связи на коэффициент передачи по напряжению
7.3. Влияние обратной связи на нестабильное усиление
7.4. Влияние обратной связи на входное сопротивление
7.4.1. Последовательная обратная связь по току
7.4.2. Обратная связь по напряжению параллельного типа
7.5. Влияние обратной связи на частоту
7.5.1. Влияние
обратной связи на частоту
усилителя
7.5.2. Влияние обратной связи на частоту усилителя
7.6. Влияние обратной связи на выходное сопротивление
7.6.1. Влияние обратной связи по напряжению
7.6.2. Влияние обратной связи по току
8. Численные методы анализа электронных схем с нелинейными компонентами
8.1. Метод простых итераций
8.2. Метод Ньютона – Рапсона
9. Чувствительность электронной схемы к вариации параметров
9.1. Чувствительность и нормализованная чувствительность функций схем к вариации первичных параметров
9.2. Чувствительность узловых напряжений при вариации первичных параметров
Тема 1. Графоаналитический метод анализа электронных схем
§1.1. Общая характеристика и сущность метода
§1.2. Применение метода к анализу электронных схем
Определить статический и динамический режимы работы каскадного усилителя (рис.1.1) в области средних частот, если известно:
В статическом режиме (режиме
покоя) определить координаты рабочих
точек полевого
и биполярного транзисторов
.
Параметры рабочей точки
:
Крутизна характеристики
,
Проводимость канала
;
Параметры рабочей точки
:
Входное сопротивление
,
обратный коэффициент передачи по
напряжению
,
коэффициент усиления по току
,
выходная проводимость
.
Для статического режима: Определить все токи, напряжения и мощности рассеивания на всех компонентах схемы, а также максимальную (общую) мощность усилителя.
Для динамического режима:
Определить токи и напряжения на
компонентах схемы, а также все вторичные
параметры: коэффициенты усиления по
напряжению
,
по току
и по мощности
,
входное
и выходное
сопротивления.
Статический режим усилителя (
Поставим направления токов и напряжений. Стрелка эмиттера показывает направление тока; ток в затворе несколько нА и им можно пренебречь;
Запишем уравнения входных и
выходных характеристик цепи транзисторов
.
Для транзистора
в схеме (рис.1.1.) :
Уравнение выходной цепи:
Данное уравнение есть уравнением нагрузки по постоянному току.
Выразим ток базы через ток стока:
Итак:
Если ток делителя напряжения
много больше тока базы, то выражением:
можно пренебречь. Получим окончательное
уравнение:
Уравнение входной цепи:
Уравнение (1.2.) есть уравнением линии смещения по постоянному току.
Для транзистора
уравнение выходной цепи:
Для входной цепи биполярного транзистора уравнение можно не записывать.
В плоскости выходных характеристик транзистора (рис. 1.2.,в) строим линию нагрузки по постоянному току согласно уравнению (1.1.):
Иногда удобней строить линию
нагрузки как прямую через точку
под углом
.
По точкам пересечения
(а,б,в,г,д)
линии нагрузки
с выходными характеристиками транзистора
, строим управляющую характеристику
(рис. 1.2., а).
По строим линию смещения по постоянному току согласно уравнению (1.1.2.):
В плоскости выходных
характеристик транзистора
(рис. 1.2., е) строим линию нагрузки по
постоянному току
согласно
уравнению (1.1.3.) по точкам:
Через точки
и
проводим
.
Учитывая, что
,
запишем координаты рабочих точек
транзисторов:
.
Определим параметры рабочей точки полевого транзистора , используя уравнение:
Крутизна характеристики
(рис. 1.2., в) при
:
Проводимость при
:
Определим h-параметры биполярного транзистора исходя из уравнения:
Входное сопротивление при
:
Коэффициент обратной связи
при
:
Коэффициент усиления по току при :
Коэффициент усиления по току
при
Определяем мощности рассеивания:
Определим суммарную мощность:
Динамический режим
усилителя (
В динамическом режиме все источники постоянного напряжения закорачиваются, поэтому составляем эквивалентную схему по переменному току. Для полевого транзистора справедливы следующие выражения:
Для биполярного:
Условимся обозначать постоянные
токи и напряжения с индексом «0»,
переменные – с «
»
или с «
»,
а мгновенные значения – с «’».
Запишем уравнения входных и выходных характеристик цепи транзисторов для мгновенных значений. Для транзистора в схеме (рис.1.3.) :
(1.1.4)
Запишем уравнения входной цепи транзистора Т1:
(1.1.5)
Запишем уравнения выходной цепи транзистора Т2:
(1.1.6)
Запишем уравнения входной цепи транзистора Т2:
В плоскости выходных характеристик транзистора Т2 (рис. 1.2, e) строим линию нагрузки по переменному току ЛН2~ согласно уравнению (1.1.6) :
Т.М2~:
Т.N2~ :
Проводим через М2~ и N2~ ЛН2~ (рис. 1.2, е).
Иногда также удобней строить
линию нагрузки как прямую через точку
под углом
;
Зададимся изменением тока базы:
Строим эпюры токов и напряжений на компонентах схемы.
Определяем вторичные параметры усилителя:
Рис. 1.2.