Часть II Биполярные транзисторы и усилители на их основе

Задача II.2. Определить точку покоя резисторного усилителя (рисунок II.1 и рисунок II.2) на транзисторе. Характеристики транзистора приведены в приложении. Определить дифференциальный параметр h_11э в точке покоя.

Рисунок II.1. Схема резистивного усилителя для определения точки покоя

Рисунок II.2. Эквивалентная схема резистивного усилителя для определения точки покоя

Исходные данные: Тип транзистора – КТ349Б,

Рисунок II.3. Характеристики транзистора КТ349Б

Решение.

1. Для усилителя переменного тока, работающего в режиме класса А, точку покоя удобно определять, заменив схему эквивалентной (рисунок II.2). При этом:

Тогда, в нашем случае

Координаты пересечения нагрузочной прямой с осями в плоскости входных характеристик определяются по формулам:

Подставив численные значения в формулы (6), получим

Построив нагрузочную прямую N в плоскости входных характеристик, найдем точку ее пересечения с характеристикой :

(рисунок II.4).

Рисунок II.4. Входная ВАХ транзистора КТ349Б

2. Находим параметр h_11э

3. Определим точки пересечения нагрузочной прямой с осями координат в плоскости выходных характеристик по формулам:

Подставив численные значения, получим:

_Принимая линейную аппроксимацию, строим дополнительно кривую выходной характеристики, соответствующей значению тока базы

Положение искомой точки покоя изображено на рисунке 2.5. Ей отвечают значения .

Рисунок II.5. Выходная ВАХ транзистора КТ349Б

Ответ: Точка покоя: ;

Дифференциальный параметр

Задача II.4. Резисторный усилитель собран на транзисторе, по схеме (рисунок II.1 и рисунок II.2). Рассчитать сопротивления R_б1 и R_б2. Известно, что ток через R_б1 в режиме покоя в n раз больше тока I_бп. Характеристики транзистора на рисунке II.3.

Исходные данные: Тип транзистора – КТ349Б,

Решение.

…

Решение не найдено.

Часть III Операционный усилитель

Задача III.3. Определить R_ос в схеме, изображенной на рисунке III.1.

Рисунок III.1. Схема суммирования

Исходные данные:

Решение.

1. Ввиду эквипотенциальности входов ОУ . Далее рассмотрим верхнюю часть схемы (рис. III.1).

Обозначим потенциал точки В через

Подставив уравнения (10) в (8), получим

тогда подставив численные значения, получим

Теперь из уравнения (9) можно определить

Ответ:

Задача III.4. Определить U_вых в схеме, изображенной на рисунке III.2.

Рисунок III.2. Схема суммирования

Исходные данные:

Решение.

1. Рассмотрим нижнюю часть схемы (рисунок III.2). Для определения напряжения на неинвертирующем входе ОУ составим уравнение по первому закону Кирхгофа

или

Подставив численные значения, получим:

2. Рассмотрим верхнюю часть схемы, учитывая, что ,

и

Отсюда выражаем

Подставив численные значения, получим:

Ответ:

Задача III.5. Определить R_ос в схеме, изображенной на рисунке III.2.

Исходные данные:

Решение.

1. Рассмотрим нижнюю часть схемы. Учитывая, что входной ток ОУ равен нулю, имеем

Воспользовавшись далее формулами (11) и (12), получим:

2. Считая, что , рассмотрим верхнюю часть схемы.

Воспользовавшись формулой (13) выразим

Подставив численные значения, получим:

Ответ:

Задача III.6. Определить R_ос (видимо опечатка) в схеме, изображенной на рисунке III.3.

_{Исходные данные:}

Рисунок III.3. Схема суммирования

Решение.

1. Рассмотрим нижнюю часть схемы (рисунок III.3). Для определения напряжения на неинвертирующем входе ОУ составим уравнение по первому закону Кирхгофа

или

Подставив численные значения, получим:

2. Рассмотрим верхнюю часть схемы. Для решения используем формулу (10)

Тогда, подставив численные значения, получим

3. Теперь из уравнения (9) можно определить

Ответ:

Задача III.7. Определить R_ос в схеме, изображенной на рисунке III.3.

_{Исходные данные:}

Решение.

< В задаче неизвестно сопротивление R, если конечно в методичке правильно указана расчетная схема (по методичке это схемы суммирования на рисунках 7 и 8 – они идентичны). В соответствии с [4] подобная задача решается без наличия в схеме сопротивления R >

Для заданных условий решение не найдено.

Задача III.8. Определить R₁ в схеме, изображенной на рисунке III.4.

_{Исходные данные:}

_{Рисунок III.4. Схема суммирования}

Решение.

1. Решение задачи удобно начинать с рассмотрения нижней части схемы

или

Подставив численные значения, получим:

2. Теперь рассмотрим верхнюю часть схемы, учитывая, что

,

Отсюда

Ответ:

Задача III.11. Изобразить графически результат интегрирования на идеальном интеграторе (рисунок III.5). Входной сигнал можно представить в виде графика (рисунок III.6). Максимальное выходное напряжение ОУ равно ±10 В.

Рисунок III.5. Схема интегратора на операционном усилителе

Рисунок III.6. Напряжение на входе интегратора

_{Исходные данные:}

Решение.

1. Представим первый отрезок ломаной линии рисунок III.6 аналитически: где В/с, время t выражено в секундах. Напряжение на выходе ОУ при с можно определить согласно формуле:

где выражено в вольтах, а t в секундах. Отсюда:

Постоянная времени Таким образом

Теперь при :

При :

При :

При :

При : И так далее для остальных интервалов времени от 0,8 с до 2 с.

Ответ: Изобразим графически результат интегрирования на рис. III.7.

Рисунок III.7. График напряжения на выходе интегратора

Задача III.12. Изобразить графически результат интегрирования на идеальном интеграторе (рисунок III.5), если а входной сигнал можно представить в виде графика (рисунок III.8). Максимальное выходное напряжение ОУ равно ± 11 В. Определить результат интегрирования при

< В методичке, видимо, ошибка в задании, так как исходные данные уже представлены в задаче, а в тексте присутствует ссылка на "таблицу 7" (в методичке). В решении ссылка на "таблицу 7" учитываться не будет >

Рисунок III.8. Напряжение на входе интегратора

Указание. Можно упростить решение, если учесть, что определенный интеграл численно равен площади под кривой.

Решение.

1. Представим первый отрезок ломаной линии рисунок III.8 аналитически: где В/с, время t выражено в секундах. Напряжение на выходе ОУ при с определяем согласно формуле (16):

Постоянная времени Таким образом

Представим аналогичным образом второй отрезок ломаной линии (рисунок III.8): где В/с. Тогда по формуле (16), получим:

Таким образом

Теперь при :

При :

При :

При :

При :

При :

Ответ: Изобразим графически результат интегрирования на рис. III.9.

Рисунок III.9. График напряжения на выходе интегратора

Задача III.13. Изобразить график на интеграторе (рисунок III.5) при входных напряжениях, заданных диаграммами на рисунке III.10 и на рисунках III.11, а и б. Если заданы параметры , С и максимальное выходное напряжение ОУ. Операционный усилитель считать идеальным.

Рисунок III.10. Напряжение на входе интегратора

а)

б)

Рисунок III.11 а, б. Напряжение на входе интегратора

_{Исходные данные:}

Решение.

1. Определяем напряжение на выходе ОУ для первой прямой на графике (рис. III.10) согласно формуле (16):

Для второй прямой (рис. III.10), соответствующей отрицательному входному напряжению:

Постоянная времени

Тогда для первой прямой

(точки: -0,5; -1; -1,5; -2; -2,5; -3; -3,5; -4; -4,5; -5)

Для второй прямой

(точки: 0,5; 1; 1,5; 2; 2,5; 3; 3,5; 4; 4,5; 5)

2. Определяем напряжение на выходе ОУ для первой прямой на графике (рис. III.11, а) согласно формуле (16):

Для второй прямой (рис. III.11, а), соответствующему положительному значению входного напряжения:

Тогда для первой прямой

(точки: 0,25; 0,5; 0,75; 1; 1,25; 1,5; 1,75; 2; 2,25; 2,5)

Для второй прямой

(точки: -0,3; -0,6; -0,9; -1,2; -1,5; -1,85; -2,2; -2,5)

3. Определяем напряжение на выходе ОУ для первой прямой на графике (рис. III.11, б) согласно формуле (16):

(точки: 1,2; 2,5; 3,7; 5; 6,2; 7,4; 8,6; 9,9; 11,1; 12,3)

Для второй прямой (рис. III.11, а), соответствующему положительному значению входного напряжения:

(точки: -12,3)

Ответ: Изобразим графически результат интегрирования на рис. III.12.

а) (для пункта 1 задачи)

б) (для пункта 2 задачи)

в) (для пункта 3 задачи)

Задача III.15. Определить напряжение на выходе идеального интегратора U_вых(t) (рисунок III.13). U₂ изменяется в соответствии с графиком (рисунок III.14).

_{Исходные данные:}

Рисунок III.13. Схема интегратора

Рисунок III.14. Напряжение на входе интегратора

Решение.

1. Из рисунка III.13 следует или

Следовательно, для идеального операционного усилителя

где

Задача III.16. Построить диаграммы напряжения U_вых(t) идеального интегратора (рисунок III.15, а), на вход которого подается постоянное напряжение . Ключ S коммутируется с частотой 100 переключений в секунду. Диаграммы U_вых(t) построить для функций коммутации ключа S, соответствующих рисунку III.15, б и рисунку III.15, в. .

а)

б)

в)

Рисунок III.15. Схема интегратора и функции коммутации ключа

_{Исходные данные:}

Решение.

Задача III.17. На затвор транзистора VT (рисунок III.16, а) подается импульсное управляющее напряжение U(t). Величина U₀ превышает пороговое напряжение транзистора VT. Построить диаграммы U_вых(t) идеального интегратора, если U(t) изменяется согласно рисунку III.16, б и в. Параметры элементов схемы интегратора: , , . Сопротивлением транзистора в открытом состоянии пренебречь, в закрытом состоянии сопротивление транзистора считать бесконечно большим.

/ Указание. Напряжение на входах идеального ОУ равно и при постоянном U_вх не зависит от времени. /

а)

б)

в)

Рисунок III.16. Схема интегратора и диаграммы управляющего напряжения

Решение.