Глава 3. Малосигнальные низкочастотные

ХАРАКТЕРИСТИКИ УСИЛИТЕЛЕЙ.

Простые задачи.

3.1. Источник сигнала имеет частоту, изменяющуюся в пределах 100 Гц – 200 Гц. Определите величину С на этих частотах при условии, что x_С≤0,1R (рис.3.1,а).

3.2. Определите величину С, если частота источника сигнала f= 500 Гц – 1 МГц (рис.3.1,б) и x_С≤0,1R.

3.3. Напряжение в точке А схемы на рис.3.1,в для частот более 20 Гц приближенно равно нулю. Определите С.

3.4. Напряжение в точке А схемы на рис.3.1,г для частот 10 Гц – 200 кГц близко к потенциалу земли. Определите С.

3.5. Нарисуйте эквивалентные схемы по постоянному и переменному токам усилителей, изображенных на рис.3.2,а, рис.3.2,б, рис.3.2,в и рис.3.2,г.

3.6. Вычислите сопротивление r_Э для токов I_Э= 0,01 мА; 0,05 мА; 0,1 мА; 0,5 мА; 1 мА и 10 мА.

3.7. Чему равно r_Э сопротивление в схеме усилителя на рис.3.2,б?

3.8. Чему равно r_Э сопротивление в схеме усилителя на рис.3.2,в?

3.9. Чему равно r_Э сопротивление в схеме усилителя на рис.3.2,г?

3.10. Если U_ВХ =1 мВ на рис.3.3,а, то чему равно U_ВЫХ?

3.11. В схеме усилителя на рис.3.3,а U_ВХ =2 мВ. Чему равно U_ВЫХ?

3.12. Резисторы в схеме на рис.3.3,а имеет допуск ε_R=± 5%. Чему равны коэффициенты K_{U МИН} и K_{U МАКС}?

3.13. В схеме усилителя на рис.3.3,б коэффициент β =125; U_ВХ =5 мВ, то чему равно U_ВХ?

3.14. В схеме усилителя на рис.3.3,б коэффициент β =200; U_ВХ =2,5 мВ, то чему равно U_ВХ?

3.15 В схеме усилителя на рис.3.2,г сопротивление =200 Ом. Чему равно U_ВЫХ, если U_ВХ =10 мВ?

3.16. В схеме усилителя на рис.3.2,а rЭ меняется в пределах от 5 до 100 Ом. Определите K_{U МИН} и K_{U МАКС}.

3.17. На рис.3.4 каждый транзистор имеет β = 100. Если напряжение источника сигнала равно 10 мкВ, то чему равно выходное напряжение?

Задачи на нахождение неисправностей

3.18. Чему равно U_ВЫХ в схеме усилителя на рис.3.4, если: а) С2 – оборван;

б) С3 – пробит;

в) С4 – оборван;

г) резистор 12 кОм используется вместо 8,2 кОм?

3.19. Конденсатор С5 в схеме на рис.3.4 оборван. Определите U_ВЫХ, если U_ВХ = 1 мВ и β₁= β₂=80.

3.20. Опишите к каким изменениям коэффициента K_U приведут следующие повреждения (рис.3.4):

а) С1 – оборван;

б) С2 – закорочен (пробит);

в) С3 – оборван;

г) С4 – оборван;

д) С5 – закорочен (пробит);

е) резистор 8,2 кОм первого каскада оборван;

ж) резистор 8.2 кОм второго каскада закорочен (пробит);

3.21. В схеме на рис.3.4 U_ВЫХ =200 мВ при U_ВХ =1 мВ. Измерения показали, что на выходе первого каскада U_{ВЫХ 1} =57 мВ. Какое имеет место повреждение? Как его обнаружить с помощью осциллографа?

Задачи на проектирование.

3.22. В схеме усилителя на рис.3.4 транзисторы имеют β =125. Выберете величины конденсаторов С1, С2, С3, чтобы усиливать частоты f>20 Гц.

3.23. Спроектируйте усилитель, подобный усилителю на рис.3.3,а при следующих исходных данных: Е⁺_П=+ 15 В; В=300; β =250; R_ВХ= 500 Ом; K_U=28; I_К= 10 мА.

3.24. Спроектируйте усилитель ОЭ, подобный усилителю на рис.3.2,г: Е⁺_П=10 В; R_Э= 0,1 кОм и R_К=10 кОм; β =125; U_ВЫХ =1 В при U_ВХ =1 мВ.

3.25. Спроектируйте двухкаскадный усилитель, подобный на рис.3.4 для следующих исходных данных: K_U=300; Е⁺_П=15 В; β = 180; R_ВХ= 4 кОм.

3.26. На рис.3.2,б резистор нагрузки 10 кОм снижает усиление по переменномусигналу в два раза. Спроектируйте усилитель, в котором шунтирующие действие резистора нагрузки устранено подключением эмиттерного повторителя между конденсатором С2 и резистором нагрузки.

Сложные (проблемные) задачи.

3.27. Каждый транзистор на рис.3.5 имеет В=100; β =100. Вычислите: а) R_ВХ Т1; б) R_ВХТ2; в) R_ВХ всего усилителя.

3.28. Покажите, что коэффициент усиления схемы ОЭ K_U =16 Е⁺_П.

3.29. Выведите формулу для определения сопротивления r_Э = φ_T /I⁰_Э.

3.30. Чему равно входное сопротивление схемы на рис.3.5, если зависимость В=F(I_К) каждого транзистора имеет вид, показанный на рис.1.2?

3.31. В схеме на рис.3.5 резистор в цепи коллектора транзистора Т1 отсоединили. Коллектор Т1 подключили к шине питания, а между эмиттером и землей подключили резистор 290 кОм. Чему равен ток эмиттера Т1? Изменится ли входное сопротивление по переменному сигналу транзистора Т1?

Г Л А В А 4. МДП УСИЛИТЕЛИ

Простые задачи

4.1. МДП транзистор с встроенным каналом n-типа имеет ток стока I_c = 8 мА при напряжении на затворе U_отс = 0 В. Чему равен ток стока при напряжениях U_зи = -1 В и U_зи = +1 В?

4.2. Зависимость тока стока МДП транзистора Ic = F(Uзи) показана на рис.4.1а. Если этот транзистор используется в схеме на рис.4.1б, то чему равно напряжение по постоянному сигналу между стоком и землей?

4.3. Если МДП транзистор на рис.4.1б имеет крутизну S = 8000 мкОм, то чему равно входное и выходное сопротивление по переменному сигналу? Чему равен коэффициент усиления без нагрузки?

4.4. Двухзатворный МДП транзистор (рис.4.2а) со встроенным каналом используется в каскадном усилителе с нулевым смещением второго затвора (рис.4.2б, в). Если резистор R_з = 10 Мом, R_c = 1,5 кОм, крутизна S = 7500 мкОм, то чему равно входное и выходное сопротивление? Чему равен коэффициент усиления?

4.5. Определите графическим путем рабочую точку усилителя на рис.4.3б, если выходная характеристика имеет вид, показанный на рис.4.3а.

4.6. если передаточная характеристика ВАХ МДП транзистора с индуцированным каналом имеет вид, показанный на рис.4.3а, то чему равен ток I_c, если напряжение U_зи = 5В?

4.7. МДП транзистор на рис.4.3б имеет передаточную характеристику, показанную на рис.4.3а. Если напряжение U_си = +10 В, то чему равно напряжение на затворе U_зи? чему равен при этом номинал резистора R_c?

4.8. Если крутизна S = 8500 мкОм на рис.4.3б, то чему равен коэффициент усиления нагруженного транзистора для R_c = 910 Ом?

4.9. Сопротивление канала МДП транзистора на рис.4.4, а R₀ = 910 Ом. Когда напряжение на входе U_вх = +3 В, сопротивление R₀ уменьшается до 150 Ом. Чему равно выходное напряжение, когда U_вх = 0 В и U_вых = +3 В?

4.10. Сопротивление канала МДП транзистора на рис.4.4,а равно +2 В. Чему равно напряжение U_вых, когда U_вх = 0, когда U_вх =+5 В?

4.11. Нарисуйте топологию усилителя на рис.4.4а, если коэффициент его усиления равен 4,5.

4.12. Нарисуйте топологию МДП-инвертора, приведенного на рис.4.5.

4.13. На рис.4.6,а показан усилитель, а на рис.4.6б – передаточная ВАХ МДП транзистора. Чему равен ток покоя I_c⁰ и напряжение U_см. Рассчитайте также напряжение между стоком и землей.

4.14. Чему равен ток покоя I_c⁰ усилителя на рис.4.6б? Определите напряжения U_c⁰.

4.15. Крутизна МДП транзистора на рис.4.6 равна 2500 мкОм. Чему равно напряжение переменного тока на нагрузке?

4.16. МДП транзистор на рис.4.7 имеет крутизну 2500 мкОм, а биполярный транзистор коэффициент β = 150. Если напряжение

U_вх = 1 мВ, ответьте на следующие вопросы:

а) чему равно выходное сопротивление первого каскада?

б) чему равно напряжение сигнала на входе второго каскада?

в) чему равно выходное напряжение сигнала?

4.17. На рис.4.8,а МДП транзистор имеет сопротивление канала 1,2 кОм. Если входное напряжение U_вх = 20 мВ, то чему равно выходное, когда Uз = 0 В? Когда напряжениеU_з больше напряжения порога U₀?

4.18. На рис.4.8б МДП транзистор имеет сопротивление канала 2 кОм. Если входное напряжение U_вх = 50 мВ, то чему равно напряжение сигнала на выходе, когда U_з = 0, U_з>U₀?

Задачи на нахождение неисправностей

4.19. На рис.4.6,а Вы измерили постоянное напряжение сток-земля, равное 2 В. Укажите следующие причины повреждений:

а) конденсатор С₃ оторван;

б) конденсатор С₂ закорочен (пробит);

в) конденсатор С₁ оторван;

г) конденсатор С₁ закорочен.

4.20. На рис.4.9 конденсатор С2 оборван. Изменится ли величина напряжения постоянного тока на выходе? Изменится ли значение напряжения переменного сигнала?

4.21. На рис.4.1,б напряжение стока равно 0. Укажите следующие из возможных причин повреждений:

а) оборван резистор R_c;

б) резистор R_c закорочен (пробит);

в) МДП транзистор оборван;

г) резистор 10 мОм закорочен.

Задачи на проектирование

4.22. К усилителю на рис.4.2,б к выходу подключили резистор нагрузки R_н = 4,7 кОм. Если крутизна S = 10000 мкОм, то выберите новое значение резистора R_с, чтобы получить коэффициент усиления K_u = -10.

4.23. В схеме усилителя на рис.4.10 вместо МДП транзистора Т₃ используется биполярный n-p-n транзистор с β = 100, в эмиттерную цепь которого включены последовательно стабилитрон и резистор R_э. Какое напряжение стабилизации U_ст стабилитрона и номинал резистора R_э надо выбрать, чтобы напряжение коллектора n-p-n транзистора по постоянному току осталось прежним 10 В? Изменится ли при этом общий коэффициент усиления по напряжению?

4.24. На рис. 4.11, а,б резистор нагрузки R_н = 470 кОм. Выберите номинал конденсатора С_н для завершения (хранения) напряжения водного сигнала, чтобы обеспечить постоянную разряда цепи около 0,15 с.

4.25. На рис.4.5 приведена схема усилителя, смещение рабочей точки которого осуществляется с помощью батареи U_см . Спроектируйте один или два варианта цепи смещения транзистора Т₁.

Сложные (проблемные) задачи

4.26.Все МДП транзисторы на рис.4.10 имеют крутизну 2000 мкОм. Если входное напряжение U_вх = 1 мВ, то чему равно напряжение на выходе?

4.27. Чему равен коэффициент усиления схемы на рис.4.1,б, если крутизна транзистора имеет вид, показанный на рис.4.1,а?

4.28. Транзистор на рис.4.8,а имеет сопротивление канала R0 = 50 Ом. Конденсатор хранения Сн = 0,1 мкФ, резистор нагрузки Rн = 1 мОм. Чему должна быть равна длительность входного импульса, чтобы напряжение на выходе U_вых = 0,99 U_вх? Если постоянная времени разряда будет меньше в 100 раз, чем период Т, то чему равна минимальная частота входного сигнала?

Г Л А В А 5. ЧАСТОТНЫЕ СВОЙСТВА УСИЛИТЕЛЕЙ

Простые задачи

5.1. Если транзистор на рис.5,1 имеет β = 175, то чему равна нижняя граничная частота f_н входной и выходной цепи усилителя с ОЭ? Влиянием конденсатора С_э = 22 мкФ в рассматриваемой области частот пренебречь.

5.2. Чему равна нижняя граничная частота f_н усилителя на рис.5.1 . Влиянием С_э пренебречь.

5.3. На рис.5.3 сопротивление генератора сигнала меняется от 3,6 кОм до 1 кОм. Если коэффициент β = 120, то чему равна нижняя граничная частота f_н входной и выходной цепи с учетом нагрузки?

5.4. Если β = 85 на рис.5.1, то чему равна нижняя граничная частота f_н , определяемая конденсатором в цепи эмиттера?

5.5. Чему равна нижняя граничная частота f_н усилителя на рис.5.2?

5.6. МДП транзистор на рис.5.4,а имеет крутизну S = 8000 мкОм. Чему равен коэффициент усиления на средних частотах? Чему равна верхняя граничная частота* f_в?

* Верхняя граничная часта f_н= f_0,7= f_3дБ – частота, на которой коэффициент усиления уменьшается до уровня 0,707 от уровня коэффициента усиления на средних частотах.

5.7. Крутизна МДП транзистора на рис.5.4б равна 5000 мкОм. Если сопротивление генератора равно 5 кОм, то ему равен коэффициент усиления, когда частота входного сигнала равна 10 кГц? Чему равна верхняя граничная частота f_в ?

5.8. Если МДП транзистор на рис.5.4б имеет крутизну 5000 мкОм, рассчитайте коэффициент усиления в области средних частот и верхнюю граничную частоту f_в для следующих случаев:

а) R_г = 1 кОм;

б) R_г = 2 кОм

в) R_г = 4 кОм.

Постройте график зависимости К(f).

5.9. Полевой транзистор на рис.5.2 имеет С_зс = 6 пФ, С_зи= 4пФ и С_си = 1 пФ. Рассчитайте граничные частоты входной и выходной цепи.

5.10. Биполярный транзистор имеет частоту f_г = 250 МГц при токе I_к = 50 А. Рассчитайте значение С_э при данном эмиттером токе.

5.11. Транзистор на рис.5.1 имеет r_Б = 75 Ом, β = 80, r_Э = 2,5 Ом, f_г = 200 мГц, С_к = 3 пФ и С_вх = 50 пФ. Рассчитайте верхнюю граничную частоту базовой и коллекторной цепей.

5.12. Транзистор на рис.5.1 имеет r_Б = 75 Ом, β = 20, r_Э = 1 Ом, f_г = 500 мГц, С_к = 2 пФ и С_вх = 100 пФ. Рассчитайте верхнюю граничную частоту базовой и коллекторной цепей.

5.13. Усилитель имеет на входе сигнал мощностью 15 мВт, а на выходе – 2,4 Вт. Чему равен коэффициент усиления мощности в дБ?

5.14. Усилитель имеет коэффициент усиления, равный 185. Рассчитайте коэффициент усиления в дБ.

5.15. На рис.5.5,а представлена диаграмма Боде усилителя, имеющего крутизну 10000 мкОм. Нарисуйте диаграмму Боде этого усилителя для фазного сдвига.

5.16. Чему равен коэффициент усиления в дБ (рис. 5.5а) на низких частотах? Чему равна полоса пропускания? Чему равен коэффициент усиления в дБ на частоте 10 кГц? Чему равен фазовый сдвиг на частотах 100 Гц, 1 кГц, 10 кГц и 1 Мгц?

5.17. На рис.5.5б показана двухполюсная диаграмма Боде. Чему равен коэффициент усиления на частотах 100 кГц и 1Мгц?

5.18. Усилитель на рис.5.6а имеет коэффициент усиления на средних частотах К_u(0) = 100. Если ступенька U_вх = 20 мВ, то чему равно выходное напряжение на уровне 90% от установившегося значения выходного напряжения. Чему равна частота среза на уровне -3дБ?

5.19. Отрицательная ступенька входного сигнала производит на выходе усилителя (рис.5.6б) положительную ступеньку. Чему равно время установления на уровне 90% от установившегося значения напряжения на выходе?

5.20. Определите время установления выходного напряжения усилителя на рис.5.6б при подаче на вход ступеньки напряжения на уровне 90%, 95%, 99%, 99,9%, 99,99% от уровня установившегося выходного значения.

5.21. Усилитель постоянного тока имеет коэффициент усиления 60 дБ на частоте 10 кГц. Ему равна длительность фронта выходного сигнала при подаче на вход прямоугольной ступеньки сигнала напряжения?

5.22. Вы хотите выбрать по справочнику два усилителя постоянного тока. Первый усилитель имеет частоту f_в = 1 МГц, второй имеет время t_ф = 1 мкс. Какой из усилителей имеет более широкую полосу пропускания?

Задачи на нахождение неисправностей

5.23. В схеме усилителя на рис. 5.1 вместо указанного на схеме конденсатора во входной цепи ошибочно включен конденсатор 0,0047 мкФ. К каким последствиям это приведет:

а) частота f_в уменьшится;

б) частота f_н увеличится;

в) уменьшиться полоса;

г) уменьшиться длительность фронта?

5.24. К выходу усилителя на рис.5.1 подключили осциллограф с входной емкостью 47 пФ. Что случится с верхней граничной частотой:

а) не изменится;

б) уменьшиться;

в) увеличится.

Объясните свой ответ.

5.25. Вы подали на вход усилителя на рис.5.2 тестовый сигнал прямоугольно формы. Ступенька входного сигнала U_вх = 10 мВ производит на выходе ступеньку с длительностью фронта 0,35 мкс. Неожиданно амплитуда ступеньки выходного сигнала упала на 95 мВ, причем длительность фронта осталась прежней, 0,35 мкс. Укажите следующие причины:

а) выходной конденсатор 0,68 мкФ оборван;

б) конденсатор в цепи эмиттера 22 мкФ оборван;

в) напряжение источника питания уменьшилось до 20 В;

г) полевой транзистор оборван.

Задачи на проектирование

5.26. На рис.5.1. коэффициент β = 125. Перепроектируйте усилитель, который имеет нижнюю граничную частоту входной цепи 1 Гц, выходной цепи 1 Гц, эмиттерной цепи 10 Гц.

5.27. На рис.5.1 к коллектору транзистора подключили конденсатор на землю. При этом верхняя частота среза равна 20 Гц. Чему равно значение подключенной емкости?

5.28. Транзистор на рис.5.1 имеет следующие параметры: r_Б = 50 Ом, β = 80, r_Э = 2,5 Ом, f_г = 200 мГц, С_к = 3 пФ и С_вх = 50 пФ. Перепроектируйте усилитель с верхней частотой среза f _в = 4 МГц.

Г Л А В А 6. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ КАСКАДЫ (ДК)

Простые задачи

6.1. На рис.6.1 представлена схема ДК. Входы Вх1 и Вх2 заземлены. Чему равны токи I_э1 и I_э2 транзисторов Т₁ и Т₂? Определите напряжение U_вых.

6.2. базовые токи ДК на рис.6.1 равны 20 мкА и 24 мкА. Чему равны токи I_см и I_р?

6.3. Определите базовые токи I_Б1 и I_Б2, а также токи I_см и I_р(∆Iвх) схемы ДК на рис. 6.1, если дано: коэффициенты усиления токов тока транзисторов T₁ и T₂ равны 100 и 120, а входные напряжения равны нулю.

6.4. В спецификации на ДК токи I_см и I_р равны 300 нА и 100 нА. Чему равны токи I_Б1 и I_Б2 ?

6.5. Для схемы ДК на рис.6.1 определите коэффициент усиления К_дд и входной сопротивление R’_вхд , если коэффициенты усиления тока транзисторов Т₁ и Т₂ равны 150 каждый.

6.6. Для семы ДК на рис.6.2 определите коэффициенты усиления К_дд, К_сс, К_{осл сф} .

6.7. Для схемы ДК на рис.6.2 определите токи, протекающие через транзисторы Т₃ и Т₄. Чему равны сопротивления транзисторов Т₁ и Т₂?

6.8. На рис.6.2. входные сопротивления транзисторов Т₄ и Т₆ соответственно равны 100 кОм и 200 кОм. Определите коэффициенты К_дд, К_сс, К_{осл сф} в дБ?

6.9. Для схемы ДК на рис.6.3. коэффициент К_дд = 200, а коэффициент К_{осл сф} = 80 дБ. Какое минимальное выходное напряжение можно получить, если напряжение U_{вх сф} = 10 В?

6.10. На рис.6.3 коэффициенты усиления тока транзисторов Т₁, Т₄ и Т₂, Т₃ равны соответственно 50 и 100. чему равны базовые токи I_B1 и I_B2?

6.11. Базовые токи ДК на рис.6.3 равны 2,0 и 4,0 мкА. Чему равны токи I_см и I_р?

6.12. Определите напряжение смещения нуля ДК на рис.6.3 при включенных сопротивлениях R_г1 = 10 кОм и R_г2 – 10,2 кОм, если U_см = 3 мВ, а базовые токи ДК равны 2,0 и 4,0 мкА.

6.13. Определите коэффициенты К_дд и К_сс схемы ДК на рис.6.3.

6.14. Определите входное сопротивление R^’_вх ДК на рис.6.3, если коэффициенты усиления тока транзисторов Т₁, Т₄ и Т₂, Т₃ равны 40 и 150?

6.15. Усилитель (рис.6.4а) имеет R^’_вх = 1 Мом, R^’_вых = 75 Ом и К^’_u = 100000. Рассчитайте переменное напряжение.

6.16. Усилитель на рис.6.4,а имеет коэффициент усиления К^’_u = 92 дБ, выходное сопротивление R^’_вых = 75 Ом и 750 Ом. Чему равно U_{вых макс}?

6.17. Схема усилителя (рис.6.4,б) имеет К^’_u = 100000, выходное сопротивление R^’_вых = 75 Ом. Чему равно U_{вых макс?}

6.18. Схема усилителя на рис.6.4,в имеет токи I_Б1 = 30 нА и I_Б2 = 70 нА. Определите I_см , I_р и U_{вх макс}. Если К^’_u = 100000, то чему рано U_{см вых}?

6.19. На рис.6.4,г схема усилителя имеет I_см = 80 нА, I_р = 20 нА и U_см = 0. Чему равно U_{см вых}, если К^’_u = 100000 ?

6.20. Исходя из рис.6.5,а-в ответьте на следующие вопросы:

а) чему равен коэффициент К^’_u ОУ типа К14ОУД7 на частоте 100 Гц?

б) чему равно выходное напряжение на резисторе нагрузки, равном 500 Ом?

в) чему равен коэффициент усиления ОУ типа К14ОУД7 на частотах 10 Гц и 1кГц?

6.21. Конденсатор С заряжается постоянным током 1 мА. Если С = 50 пФ, то чему равна скорость изменения напряжения на конденсаторе?

6.22. Емкость С=100 пФ заряжается постоянным током150 мкА. Чему равна скорость изменения напряжения на С?

6.23.Операционный усилитель имеет скорость нарастания V_н = 35 В/мкс. Определите время изменения выходного напряжения от 0 до 15 В.

6.24. Для схемы ДК (рис.6.1) определите частоту, доминирующего полюса для трех случаев: а) R_г = 0; б) R_г = 1 кОм; в) R_г = 10 кОм.

6.25. Определите частоты нуля и полюса схемы ДК (рис.6.6) для синфазного сигнала U_{вх сф} = U_м·sinωt, где U_м = 4 В. При расчете используете упрошенную П-образную эквивалентную модель транзистора. Емкости С_к1 = С_к2 = 3 пФ; С_э1 = С_э2 = 3 пФ.

6.26.Определите частоту первого полюса ненагруженного ДК (рис.6.6) для трех случаев: а) R_г = 0; б) R_г = 10 кОм; в) R_г = 100 кОм. Величины С_к и С_э приведены в задаче 6.25.

6.27. Используя условия предыдущей задачи, определите частоту первого полюса ДК, если: а) С_н = 10 пФ; б) С_н = 1000 пФ; R_н = 1 Мом.

6.28. Определите частоту первого полюса схемы ДК, оказанной на рис.6.6 для следующих случаев: а) R_г = 0; б) С_н = 0, R_н = 100 кОм; в) R_г = 0, С_н = 10 пФ, R_н = 100 кОм; г) R_г = 10 кОм, С_н = 10 пФ, R_н = 100 кОм; д) R_г = 10 кОм, С_н = 10 пФ, R_н = 20 кОм; е) R_г = 100 кОм, С_н = 10 пФ, R_н = 100 кОм.

6.29. Операционный усилитель имеет скорость V_н = 2 В/мкс. Если напряжение U_вых = 12 В, то чему равна полоса пропускания полной мощности?

6.30. Определите входные сопротивления R^’_вхд и R^’_{вх сф} для схемы ДК на рис.6.3, если β₁=β₂ = 40; β₃=β₄ = 100.

6.31. Определите частоту первого(доминирующего полюса) ДК на рис.6.1. Величины емкостей С_к и С_э транзисторов Т₁ и Т₂ приведены в задаче 6.25.

6.32. Определите температурную зависимость коэффициента ДК, показанного на рис.6.1.

Задачи на нахождение неисправностей

6.33. Чему равно напряжение на выходе ДК рис.6.7, если входы Вх1 и Вх2 не подсоединены? Что надо делать, чтобы схема функционировала?

6.34. Если в схеме ДК на рис.6.7 вместо резистора 39 К использовать резистор 3,9 К, то чему равно U_вых?

6.35. В схеме на рис.6.4,в следует искать напряжение при I_см = 80 нА. Какое следует искать повреждение:

а) резистор 1 кОм закорочен;

б) резистор 100 кОм ошибочно используется вместо резистора 1 кОм;

в) резистор 1 кОм соединен с неинвертирующим входом вместо инвертирующего;

г) оба входа закорочены.

6.36. Будет ли нормально функционировать ДК на рис.6.8, если напряжение:

а) U_вх1= U_вх2 = +11 В; +5В;

б) U_вх1= U_вх2 = -11 В; -5В?

6.37. Пробивные напряжения коллекторного перехода транзисторов на схеме рис.6.8 составляют 15 В. Что произойдет с ДК, если на входы подать напряжения:

а) U_вх1= U_вх2 = 10 В;

б) U_вх1= U_вх2 = -10 В?

6.38. Для схемы ДК на рис.6.8 укажите по крайней мере три способа (в том числе подключения дополнительных элементов) расширения входного динамического диапазона для дифференциального сигнала.

6.39. Изменится ли частота первого полюса схемы ДК на рис.6.7, если: а) сигнал подается на Вх1 (вход 2 закорочен на землю); б) сигнал подается на Вх2 (вход 1 закорочен на землю)?

6.40. В схеме на рис.6.8 базовые токи транзисторов равны 1 мА; I_Б2 = 0. Найдите причину появления чрезмерно большого базового тока.

6.41. В схеме на рис.6.8 транзистор Т₃ ошибочно включен в инверсном режиме. Будут ли функционировать ДК?

6.42. Входы Вх1 и Вх2 в схеме ДК (рис.6.6) соединены вместе и подали U_{вх сф} = 12 В. Чему равны входные токи I_Б1 и I_Б2?

6.43. Входы Вх1 и Вх2 в схеме на рис.6.6 объединены и на них подано напряжение U_{вх сф} = а) -15 В; б) +15 В; в) +9 В; г) -9 В. Определите, при каких напряжениях U_{вх сф} схема ДК будет функционировать нормально.

6.44. Чему равны максимальные напряжения U_вхд схем ДК на рис.6.,а, 6.9,б и рис.6.3, если пробивное напряжение эмиттерного перехода транзистора равно 6 В?

Задачи на проектирование

6.45. На рис.6.1 выбрать значение резистора R₀, чтобы коэффициент К_дд = 200. Каким другим путем можно получить К_дд = 200?

6.46. Для схемы Дарлингтона на рис.6.3 подберите такой номинал резистора R_г, при котором вклад от напряжения смещения, вносимого, I_см и I_р, много меньше, чем вклад, вносимый напряжением U_см.

6.47. Перепроектируйте схемы ДК на рис.6.1 и рис.6.2 так, чтобы токи I₀ = 100 мкА. Используйте для этих целей два возможных пути построения цепи смещения.

6.48. Схемы ДК на рис.6.3 и рис.6.8 работают в температурном диапазоне ∆Т⁰ = 40⁰С. Сопротивление R составляет 10 кОм, ∆R_к = 1 кОм. В какой из схем температурный дрейф будет больше? При расчете считайте, что I_р = 0,1 I_см, а ∆ I_см/∆Т = 1%/град.

6.49. Нарисуйте зависимость входного тока схемы ДК на рис.6.1 от входного синфазного напряжения.

6.50. В схему ДК на рис.6.7 добавили транзистор Т₃, резистор R_к2 (рис.6.10). Чему равен коэффициент К_дд по сравнению со схемой ДК на рис.6.7?

Сложные (проблемные) задачи

6.51. Сопротивление R_г по постоянному току равно 0. Чему равно сопротивление эмиттера r_э каждого транзистора и коэффициент усиления К_дд (рис.6.9)?

6.52. Покажите, что уравнение U_вых = К_дд (U_вх1 – U_вх2) и К_дд = R_н/r_э справедливы для схемы ДК с дифференциальными входом и выходом, а также для ДК на рис.6.2 при подключении к выходу R_н.

6.53. Чему равен ток I_э в каждом из транзисторов Т₁, Т₂ и Т₃ (рис.6.10)?

6.54. Определите выходные токи I_см и I_р модифицированной схемы Дарлингтона, используемой в ОУ KIOУT531. Разброс резисторов R_э1 и R_э2 составляет 5%, а разброс коэффициентов тока усиления ∆β/β = 10% (рис.6.11).

6.55. Для схемы ДК на рис.6.12 покажите, что изменение тока генератора стабильного тока I0 точно компенсирует изменение передаточной проводимости (крутизны) входного каскада в рабочем диапазоне изменения температуры.

6.56. Покажите, что схема ДК на рис.6.13 обеспечивает полное усиление дифференциального сигнала. Рассчитайте К_дд, если R_г = 10 кОм.

6.57. На рис. 6.14,а приведена схема ДК с эмиттерным повторителем на входе, а на рис.6.14,б – ДК на комплементарной паре Дарлингтона. Обе схемы изготовлены по стандартной планарно-эпитаксиальной биполярной технологии. Укажите, в какой из схем можно получить меньшие входные токи? Какая из схем более широкополосная?

Г Л А В А 7. ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ

Простые задачи

7.1. На рис.7.1 показан двухканальный усилитель с непосредствнными сязями. Определите токи смещения первого и второго каскада и напряжение на выходе, U_к⁰. Определите изменение напряжения на выходе, связанное с изменением температуры окружающей среды ∆Т = 40 ⁰С.

7.2. На рис.7.2 показан усилитель постоянного тока, на входе которого по сравнению с предыдущей задачей используется дифференциальный каскад (транзисторы Т₁ и Т₃). Определите режимные токи ДК и второго каскада и напряжение на выходе в режиме покоя. Определите изменение напряжения на выходе, связанное с изменением температуры окружающей среды Т = 40 ⁰С.

7.3. Для увеличения коэффициента усиления по напряжению в усилитель на рис.7.1 включили эмиттерный повторитель на транзисторе Т₃, как показано на рис.7.3. Определие коэффициент усиления.

7.4. На рис.7.4 приведены ДК, ток которого задается с помощью источника стабильного тока (ИСТ), образованного цепью отражателя тока (ОТ). Определите коэффициент ослабления синфазного сигнала для двух случаев:

а) ток ИСТ равен 10 мкА;

б) ток ИСТ равен 1 мА.

7.5. Определите выходное сопротивление ИСТ по переменному току, приведенному на рис.7.5.

7.6. На рис.7.6 приведен двухкаскадный дифференциальный усилитель с непосредственными связами между каскадами, до некоторой степени аналогичный двухкаскадному усилителю на рис.7.1. в обеих схемах одинаковы постоянные (режимные) токи транзисторов, но в дифференциальном усилителе применены симметричные истояники питании 10 В. Рассчитайте общий коэффициент усиления и покажите, что он много больше, чем К_u на рис.7.1.

7.7. На рис.7.7,а представлен двухтактный выходной каскад на дополняющих транзисторах. Нарисуйте линию нагрузки для постоянного и переменного сигналов. Чему равно R_вых для переменного сигнала? Чему равна максимальная мощность в нагрузке?

7.8. На рис.7.7,а с помощью резистора К установили напряжение U_бэ = 0,68 В и ток покоя I⁰_к = 5 мА. Чему равен максимальный ток через транзисторы для переменного сигнала? Чему равен кпд каскада?

7.9. Ток покоя транзисторов на рис.7.7,б устанавливается с помощью двух резисторов и двух диодов. Определите ток покоя транзисторов, если диоды и транзисторы имеют идентичные конфигурации.

7.10. Напряжение питания на рис.7.7,б изменяется с 15 до 25 В. Чему равен ток покоя?

7.11. В схеме усилителя на рис.7.8 определите значение переменного резистора R, которая обеспечивает напряжение U⁰_кэ = 10 В для каждого выходного транзистора. Падение напряжения на диодах равно 0,7 В. Рассчитайте максимальную мощность в нагрузке и максимальную мощность рассеяния транзисторов.

7.12. На рис.7.9 представлена схема ОУ типа K140УД7. Рассчитайте токи и напряжения всех каскадов в режиме покоя. Определите коэффициент усиления для малого сигнала. Исходные данные: β = 100; φ_т = 25 мВ; Е_п = 15 В.

7.13. На рис.7.10 представлена схема наиболее распространенного ОУ типа K140УД. Рассчитайте режимные токи и напряжения всех каскадов. Определите коэффициент усиления для малого сигнала.

7.14. Рассчитайте режимные токи и напряжение на ОУ K140УД7 всех каскадов. Исходные данные для рассчета даны в задаче 7.12.

7.15. На рис.7.11. представлена упрощенная конфигурация ОУ K140УД7. Определите скорость нарастания V_н выходного сигнала при подаче на вход ступеньки напряжения, амплитудой 1 В. Постройте диаграммы Боде для коэффициента усиления и фазового сдвига.

7.16. На рис.7.12 представлена схема трехкаскадного ОУ с двухтактным выходным каскадом. Определите общий коэффициент усиления. Нарисуйте эквивалентную схему ОУ на высоких частотах и определите частоту полюса каждого каскада.

7.17. Напишите передаточную характеристику (U_вых/U_вх) каждого каскада на рис.7.13. Определите частоты плюсов f₁, f₂, f₃ и постройте диаграмму Боде усилителя для коэффициента усиления и фазового сдвига. Исходные данные:

R_к1 = 5 кОм; C_вх3= C^’_вх2= C_вх2 = 100 пФ;

R_к2 = 10 кОм; C_к1=C_к2 = 1,0 пФ;

R^’_вх1 = R^’_вх2 = 5 кОм; С_н = 10 пФ; R_н = 10 кОм;

Β₁ = β₂ = β₃ = 100.

7.18. Определите напряжение на выходе неинвертирующего ОУ, показанного на рис.7.14,а. Если ОУ является усилителем типа K140УД с К^’_u = 100000, то чему равно петлевое усиление? Определите коэффициент передачи с замкнутой ОС?

7.19. Для ОУ на рис.7.14,б, имеющего К^’_u = 100000, определите напряжение U^’_вхд и U_ос. Если коэффициент усиления уменьшается до 10000, то чему равно U^’_вхд и U_ос? Чему равен коэффициент передачи с замкнутой ОС?

7.20. Рассчитайте выходное напряжение неинвертирующего усилителя на рис.7.14,а если R^’_вхд = 10 кОм; R^’_вых = 100 Ом; и К^’_u = 30000. Чему равны входное и выходное сопротивления при замкнутой ОС?

7.21. ОУ имеет следующие параметры: R^’_вхд = 500 кОм; R^’_вых = 200 Ом; и К^’_u = 100000. Определите входное и выходное сопротивления усилителя на рис.7.14,а при замкнутой ОС.

7.22. ОУ имеет К^’ = 100000, К^” =0,01. Если искажения напряжения при разомкнутой цепи ОС равны 1,5 В, то чему равны эти искажения при замкнутой ОС?

7.23. Сопротивление источника сигнала для неинвертирующего ОУ на рис.7.14,а равно 100 Ом. Если U_вх = 2 мВ, токи I_см = 100 нА и I_р = 15 нА, то чему равно напряжение смещения нуля на выходе замкнутой ОС?

7.24. На рис.7.15 показана схема чувствительного вольтметра для измерения напряжения постоянного тока. Рассчитайте значение входных напряжений, которые обычно обеспечивают полный размах напряжения на выходе для каждого из подиапазонов переключения амперметра.

7.25. Амперметр на рис.7.15 имеет сопротивление 40 Ом. Если ОУ имеет К^’_u = 1000000 и R^’_вхд = 100 кОм, то чему равно входное сопротивление ОУ при замкнутой ОС?

7.26. На рис.7.16,а показана схема преобразования входного напряжения в ток. Чему равен выходной ток для указанных трех позиций, если входной ток равен 1 мА?

7.27. На рис.7.16, а показана схема преобразования тока фотодиода в напряжение. Если К^’_u = 100000, R^’_вхд = 100 кОм, то чему равно входное сопротивление с замкнутой ОС? Если ток фотодиода равен 1 мкА, то чему равно напряжение на выходе?

7.28. На рис.7.16,в вольтметр, подключенный к выходу ОУ, показывает напряжения 1 мВ, 10 мВ и 100 мВ (размах полной шкалы). Вы используете схему в качестве электронного Омметра. Чему равно значение R, чтобы обеспечить заданной напряжение на выходе? Если изменить ток источника до 1 мкА, чему в этом случае равно значение R, чтобы обеспечить полный размах шкалы для указанных напряжений?

7.29. Измеритель сопротивлений на рис.7.17 имеет сопротивление 50 Ом. ОУ имеет усиление с разомкнутой ОС 1000000. Рассчитайте I_вых.

7.30. Чтобы получить коэффициент усиления по току 200 на рис.7.17, какое значение R₁ надо использовать, если R₂ = 100 кОм?

7.31. Неинвертирующий усилитель с ОС имеет возвратную разность, равную 1000. Если усилитель имеет частоту среза при разомкнутой ОС f₁ = 10 Гц, то чему равна частота среза при замкнутой ОС? Если скорость нарастания выходного сигнала равна 1В/мкс, то чему равен размах выходного сигнала без искажения скорости нарастания?

7.32. Определите выходное напряжение инвертирующего ОУ, показанного на рис.7.18, если ОУ является идеальным.

7.33. Определите выходное напряжение инвертирующего усилителя на рис.7.18, если: а) входное сопротивление ОУ при разомкнутой ОС равно 50 кОм; б) коэффициент усиления ОУ равен 1000, 10000.

7.34. ОУ на рис.7.19 имеет при разомкнутой ОС коэффициент усиления 1000000 и частоту среза f_В = 15 Гц. Определите значение частот при замкнутой ОС для каждой позиции переключения.

7.35. На рис.7.19 ОУ K140УД7 имеет частоту единичного усиления 1 МГц. Чему равен коэффициент усиления с ОС и полоса пропускания для каждой позиции переключения?

7.36. Чему равно значение частоты единичного усиления однополюсного ОУ для каждого из следующих значений:

а) K^’_U = 50000 и f₁ = 100 Гц;

б) K^’_U = 100 дБ и f₁ = 20 Гц;

в) K^’_U 120 дБ и f₁ = 15 Гц?

7.37. Если ОУ имеет асимптотическую диаграмму Боде, показанную на рис.7.20,а, чему равна полоса пропускания и частота единичного усиления?

7.38. Если ОУ используется в качестве повторителя напряжения и имеет асимптотическую диаграмму Боде на рис.7.20,б, то чему равна частота среза?

Задачи на нахождение неисправностей

7.39. На рис.7.16,в вольтметр показывает напряжение в пять раз больше, чем для всех значений R. Укажите возможные причины неисправностей:

а) инвертирующий вход оборван (от переключателя шкалы);

б) ОУ имеет коэффициент усиления с разомкнутой ОС 500000 вместо 10000;

в) источник тока производит 5 мА вместо 1 мА;

г) неинвертирующий вход оборван.

7.40. На рис.7.21 напряжение смещения на выходе слишком велико. Укажите возможные причины неисправностей:

а) ОУ K140УД7 неисправен;

б) 39 кОм заккорочен;

в) напряжение источника питания равно 10 В вместо 15 В;

г) неинвертирующий вход оборван.

7.41. На рис.7.3 изменение напряжения на выходе при изменении температуры на 40⁰С слишком велико. Укажите возможные причины неисправностей:

а) диод Д₁ и Д₂ закорочены;

б) диод Д₁ и Д₂ оборваны;

в) транзистор Т₃ закорочен;

г) резистор 470 Ом закорочен.

7.42. В схеме усилителя постоянного тока на рис.7.2 при подаче на вход синфазного напряжения, равного +5 В, выходное напряжение резко уменьшилось по величине. Укажите возможные причины неисправностей:

а) резистор 4,4 Ом закорочен;

б) резистор 4,7 Ом закорочен;

в) транзистор Т₃ насыщен;

г) транзистор Т₁ насыщен.

Задачи на проектирование

7.43. Перепроектируйте инвертирующий усилитель на рис.7.22, чтобы получить усиление с замкнутой ОС, равным 75. Резистор нагрузки взять равным 10 кОм.

7.44. Спроектируйте инвертирующий усилитель, подобный рис.7.22, отвечающий следующим требованиям: напряжение смещения на выходе меньше, чем 0,5 В; ОУ типа K140УД7, сопротивление источника сигнала равно 1 кОм.

7.45. Используется ОУ типа K140УД7 с K^’_U = 100000 и частотой единичного усиления 1 мГц. Спроектируйте схему, подобную рис.7.22, которая имеет при замкнутой ОС полосу около 20 кГц.

7.46. Перепроектируйте схему усилителя постоянного тока на рис.7.6, заменив резисторы 4,7 кОм и 10 кОм на источники стабильного тока, обеспечивающие преждние режимные токи первого и второго ДК.

Сложные (проблемные) задачи

7.47. Спроектируйте двухкаскандный усилитель постоянного тока, подобный рис.7.6 и имеющий тот же коэффициент усиления, но входной каскад выполнен на транзисторах p-n-p типа.

7.48. На рис.7.6 выход усилителя снимается с одного плеча второго ДК, что приводит к уменьшению усиления в два раза. Используя ринцип соединения входного и промежуточного каскадов в ОУ K140УД1 на рис.7.9, перепроектируйте усилитель на рис.7.6, чтобы не потерять усиление второго каскада.

7.49. Чему равно напряжение на выходе усилителя на рис.7.23,а?

7.50. Чему равно напряжение на выходе усилителя на рис.7.23,б?

Г Л А В А 8. УСИЛИТЕЛИ С ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ (ОС)

Простые задачи

8.1. На рис.8.1, а-г приведены четыре схемы усилителей с обратной связью (ОС). Известно, что схемы с ОС классифицируются как по способу получения сигнала ОС (ОС по напряжению или ОС по току), так и по способу соединения выхода цепи ОС с со входом усилительного элемента (параллельная ОС, т.е. со сложением токов на входе и последовательная ОС, т.е. со сложением сигналов напряжения). Какой тип ОС используется в схемах на рис.8.1.

8.2. На рис.8.2,а,б представлены два фрагмента усилителя с ОС. На рис.8.2,а изображена входная цепь усилителя с последовательной ОС, а на рис.8.2,б – цепь усилителя с параллельной ОС. Покажите, что для цепи 8.2,а имеет место следующее соотношение:

Z_вх = (1-K^’K^”) Zвх’,

где Z_вх – входное сопротивление усилителя с ОС; Zвх’ – входное сопротивление при отсутствии ОС; K^” – коэффициент обратной связи; K^’ – коэффициент усиления при отсутствии ОС.

Покажите, что для цепи на рис.8.2,б имеет место следующее соотношение:

Y_вх = (1-K^’K^”) Yвх’,

где Y_вх – входная проводимость усилителя с ОС; Y_вх^’ – входная проводимость того же усилителя без ОС. Ответьте также на вопрос, отчего зависит входное сопротивление усилителя с ОС: от способа получения сигнала ОС или от способа подачи сигнала ОС.