Курсовой / Курсовой_целиком

Отметим на графике стоко-затворной характеристики транзистора рабочую точку А (UЗИ0=4,218 В; IС0=2,190 мА) и точки В и С с двух сторон от рабочей точки А. Результаты представим на рисунке 2.2.5.

Рисунок 2.2.5 - Стоко-затворная характеристика транзистора МДП-N-25

Спомощью программы Design Lab 8.0 определим в точках В и С значение тока стока: Iс(В) = 1,423 мА,

Iс(С) = 2,813 мА.

Спомощью программы Design Lab 8.0 определим в точках В и С значение напряжения между затвором и истоком:

Uзи(B) = 3,981 В, Uзи(C) = 4,379 В.

Рассчитаем малосигнальную крутизну транзистора в рабочей точке [1]:

Рассчитанные значения малосигнальной крутизны S и выходного сопротивления rСИ транзистора представим в таблице 2.2.4.

11

Таблица 2.2.4

Произведем предварительную проверку коэффициента усиления [4]:

где RHЭКВ = 3,000 кОм (таблица 2.2.2).

Рассчитаем относительную погрешность δ коэффициента усиления по напряжению:

где Ке = 10 – минимальное значение заданного коэффициента усиления.

Погрешность расчета не превышает 10%.

2.3. Расчет резисторов

Принимаем значение напряжения на резисторе в цепи истока Uи = 0,2 В, для создания в каскаде отрицательной обратной связи по постоянному току.

Определим значение напряжения на затворе Uз по второму закону Кирхгофа:

UЗ = UЗИ0 + UИ = 4,218 + 0,2 = 4,418 В,

где UЗИ0 = 4,218 В (таблица 2.2.3)

Сравним полученное значение напряжения на затворе UЗ с пороговым значением напряжения

UЗИпор = U0 = 3 В (таблица 2.2.1):

UЗ > UЗИпор

12

Значение напряжения на затворе превышает значение порогового напряжения.

Напряжение питания UП для резистивного делителя напряжения R1 - R2 по закону Ома равно сумме напряжения U1 на резисторе R1 и напряжения UЗ (напряжение на затворе) на резисторе R2:

UП = U1 + U3

Напряжение на каждом из резисторов R1 и R2 равно произведению сопротивления резистора на протекающий через него ток I. Запишем и решим относительно U3 систему из двух уравнений:

Обозначим через RЭКВ сопротивление параллельно соединенных резисторов R1 и R2. Примем сопротивление RЭКВ равным 106 Ом [2] и запишем формулу для его расчета:

Запишем систему из двух уравнений:

Решим систему уравнений относительно R1, поделив уравнение (1) на уравнение (2):

13

Округлим полученное значение сопротивления до ближайшего значения номинального ряда Е24: R1=3,600 МОм.

Из уравнения (2) выведем формулу и рассчитаем значение сопротивления R2:

Округлим полученное значение сопротивления до ближайшего значения номинального ряда Е24: R2=1,500 МОм.

Рассчитаем значение сопротивления в цепи истока по закону Ома:

где IС0 = 2,190 мА (таблица 2.2.3).

Округлим полученное значение сопротивления до ближайшего значения номинального ряда Е24: RИ=91 Ом.

Рассчитанные значения сопротивлений резисторов входной и выходной цепи представим в таблице 2.3.1.

Аналитический расчет рабочего режима каскада для выбранных резисторов

Напряжение питания по второму закону Кирхгофа:

Напряжение на затворе по второму закону Кирхгофа:

Перепишем формулу напряжения на затворе с учетом уравнения (2):

Формула для расчета тока стока в рабочей точке [1]:

В результате можем записать систему из трех уравнений:

Перепишем систему уравнений с учетом того, что значение сопротивления в цепи стока транзистора много больше, чем значение сопротивления в цепи истока (RС >> RИ):

15

Решив систему уравнений, найдем координаты рабочей точки. Результаты аналитического расчета значений координат рабочей точки представим в таблице 2.3.2.

Таблица 2.3.2

Рабочий режим усилительного каскада практически совпадает с выбранным: UЗИО=4,218 В; IСО=2,190 мА; UСИО =7,116 В (таблица 2.2.3).

Аналитический расчет коэффициента усиления напряжения каскада с учетом внутреннего сопротивления источника сигнала

Малосигнальная схема замещения усилительного каскада с общим истоком приведена на рисунке 2.3.1.

Рисунок 2.3.1 - Малосигнальная схема замещения усилительного каскада с общим истоком

В соответствии со схемой на рисунке 2.3.1 запишем формулу для расчета выходного напряжения:

и формулу для расчета напряжения затвор-исток:

16

Рассчитаем сопротивление R12:

Рассчитаем коэффициент усиления напряжения с учетом внутреннего сопротивления источника сигнала:

Рассчитаем относительную погрешность δ коэффициента усиления по напряжению с учетом внутреннего сопротивления источника сигнала:

где Ке = 10 – минимальный заданный коэффициент усиления.

Погрешность расчета не превышает 10%.

Определим значение входного сопротивления усилителя [2]: RВХ = R12 = 1,059 МОм

Определим значение выходного сопротивления усилителя [2]: RВЫХ ≈ RС = 3,6 кОм (таблица 2.3.1)

2.4. Графический расчет усилительного каскада

Выведем формулу для линии нагрузки. По второму закону Кирхгофа:

IС × RИ = UЗ - UЗИ

IС = (UЗ - UЗИ) / RИ

17

Перепишем формулу для тока стока с учетом формулы (2), получим формулу для линии нагрузки:

С помощью программы Design Lab 8.0 для схемы на рисунке 2.2.1 на графике стоко-затворной характеристики транзистора построим линию нагрузки по постоянному току.

Результаты представлены на рисунке 2.4.1.

Рисунок 2.4.1 - Стоко-затворная характеристика транзистора МДП-N-25 с линией нагрузки по постоянному току

Определяем координаты рабочей точки транзистора - точки пересечения стоко-затворной характеристики и нагрузочной прямой:

рабочий ток стока IСО = 2,169 мА,

рабочее напряжение затвор-исток UЗИО = 4,211 В.

Запишем формулу для линии нагрузки с учетом второго закона Кирхгофа и учитывая, что сопротивление истока намного меньше сопротивления стока: RИ<<RC:

18

С помощью программы Design Lab 8.0 для схемы на рисунке 2.2.1 на графике выходных характеристик транзистора построим линию нагрузки по постоянному току. Результаты представлены на рисунке 2.4.2.

Рисунок 2.4.2 – Выходные характеристики транзистора МДП-N-25 с линией нагрузки по постоянному току

Определяем координату рабочей точки транзистора – точки пересечения выходной характеристики транзистора для рабочего напряжения UЗИО=4,211 В и нагрузочной прямой:

рабочий ток стока IСО=2,168 мА,

рабочее напряжение сток-исток UСИО =7,195 В.

Результаты графического расчета усилительного каскада представим в таблице 2.4.1. Таблица 2.4.1

2.5. Расчет конденсаторов

По заданной нижней границе полосы пропускания fН = 75 Гц рассчитаем значения емкости разделительных конденсаторов CP1, CP2 и конденсатора в цепи истока CИ [2]:

Округлим полученные значения емкости разделительных конденсаторов до ближайших из номинального ряда Е24:

CP1 = 0,022 мкФ; CP2 = 1 мкФ.

Округлим полученные значения емкости конденсатора в цепи истока до ближайшего из номинального ряда Е6:

CИ = 330 мкФ.

20