ИДЗ 2 Электроника Гайдук 5А03

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«Национальный исследовательский Томский политехнический Университет»

Инженерная школа энергетики

Отделение электроэнергетики и электротехники

Направление: 13.03.02 Электроэнергетика и электротехника

Расчет усилителя переменного тока графо-аналитическим методом

Индивидуальное домашнее задание №2

Вариант – 27

по дисциплине:

Электроника 1.1

Выполнил: :
студент гр. 5А03			Гайдук К.А.		22.11.2022
Проверил:
доцент ОЭЭ ИШЭ			Глазачев А.В.

Томск – 2022

Задан транзистор:

КТ501В

Транзисторы КТ501В кремниевые эпитаксиально-планарные структуры p-n-p усилительные. Предназначены для применения в усилителях низкой частоты, операционных, дифференциальных и импульсных усилителях, преобразователях. Используются для работы в электронной аппаратуре общего назначения.

Предельный режим:

Рисунок 1 – Конструкция КТ501В

Рисунок 2 – Схема электрическая принципиальная усилительного каскада

Рисунок 3 – Статистические вольт-амперные характеристики транзистора КТ501В

Необходимо рассчитать:

1. Параметры элементов усилительного каскада:

1.1. Напряжение источника питания ;

1.2. Сопротивление коллекторной нагрузки ;

1.3. Сопротивление в цепи элемента ;

1.4. Сопротивление делителя напряжения и ;

1.5. Ёмкости разделительных конденсаторов и ;

1.6. Ёмкость шунтирующего конденсатора ;

1.7. Ёмкость фильтрующего конденсатора ;

2. Параметры усилительного каскада:

2.1. Коэффициент усиления по току ;

2.2. Коэффициент усиления по напряжению ;

2.3. Мощность выходного сигнала ;

2.4. Мощность входного сигнала ;

2.5. Коэффициент усиления мощности ;

2.6. Входное сопротивление переменного тока ;

2.7. Выходное сопротивление переменного тока ;

2.8. Мощность рассеяния тепловых потерь на коллекторном переходе ;

2.9. Мощность, потребляемая от источника питания, ;

2.10. Коэффициент полезного действия коллекторной цепи η;

1. Расчёт статического режима

Для постоянного тока емкость представляет собой разрыв цепи.

Поэтому схема усилительного каскада по постоянному току представляется следующими элементами.

Рисунок 4 – Схема усилительного каскада по постоянному току

1.1. Построение гиперболы допустимых мощностей рассеяния на коллекторном переходе (определение области безопасной работы)

где – предельная допустимая мощность рассеивания,

, – предельно допустимое напряжение и предельно допустимый ток коллектора на коллекторе-эмиттере для заданной точки.

Таблица 1

	15	20	25	30	35	50
	23,3	17,5	14	11,7	10	7

Полученные предельные значения тока коллектора находятся выше значений

токов коллектора, определяющих выходные статические характеристики.

Поэтому вся область будет являться безопасной.

Построение линии нагрузки по постоянному току

Напряжение задаем исходя из ряда 6, 9, 12, 15, 20, 24, 27, 30 В.

Угол задаем в диапазоне α=30°...60°

;

.

Угол равен

Рисунок 6 – Линия нагрузки по постоянному току

Выбор положения рабочей точки усилителя

Положение рабочей точки выбирается исходя из:

1. При максимальной амплитуде сигнала рабочая точка не должна выходить из области, ограниченной: явными нелинейными искажениями, допустимой мощностью рассеяния и величиной источника питания . В режиме усиления класса А это положение обычно выполняется.

2. Ток должен быть как можно меньше, чтобы обеспечить более высокий КПД. Кроме того, более высоким получается входное сопротивление усилителя.

3. Для обеспечения нормальной работы транзистора напряжение рекомендуется выбирать в пределах 2…5В.

Задаем =5 В, т.к. при таком напряжении получена входная характеристика.

Рисунок 6 – Построение характеристики передачи по току

Координаты рабочей точки А усилительного каскада:

; ; ; ;

Расчет активных сопротивлений в цепи коллектора и эмиттера

;

Составим уравнение по 2-му Закону Кирхгофа для выходного контура

Рисунок 7 – Схема усилительного каскада

;

.

Расчет параметров делителя напряжения

Ток делителя: ;

Составим уравнение по 2-му Закону Кирхгофа для контура

Рисунок 8 – Схема усилительного каскада

Сопротивления делителя напряжения:

;

Составим уравнение по 2-му Закону Кирхгофа для контура

Рисунок 9 – Схема усилительного каскада

.

Построение линии нагрузки по переменному току

Углы наклона линий нагрузки по переменному и постоянному току не должны отличаться более чем на 20%. Иначе линия нагрузки по переменному току пересечет ось напряжения Uкэ вблизи напряжения покоя Uкэ0, что резко снизит КПД. Для близких углов наклона нагрузочных линий справедливо соотношение:

Rк=(0,2…0,4)Rн => Rн=(2,5…5)Rк

Пренебрегая падением напряжения на емкостях по переменному току нагрузка усилительного каскада состоит из параллельно включенных сопротивлений Rк и Rн

= ;

Эквивалентное сопротивление: ;

Приращение: .

Рисунок 10 – Линия нагрузки по переменному току

Проведение графических построений – задаем входной сигнал

Принимаем ;

Строим , затем , далее выходные параметры

Рисунок 11 – Расчет входных и выходных параметров транзистора

После проведения построений получаем:

Таблица 1

20	1,37	0,137	1,23

Параметры усилительного каскада

Коэффициент усиления по току: ;

Коэффициент усиления по напряжению: ;

Коэффициент усиления по мощности: ;

Входное сопротивление каскада: Ом;

Выходное сопротивление каскада: Ом;

КПД усилительного каскада:

Расчет блокировочных и фильтрующих конденсаторов:

;

По ряду Е24 делаем окончательный выбор:

Вывод:

Были изучены характеристики транзистора КТ501В, рассчитан усилительный каскад биполярного транзистора КТ501В типа p-n-p. Построен и рассчитан статический и динамический режимы, определены необходимые параметры элементов, используемых для усилительного каскада. Также были рассчитаны параметры и КПД усилительного каскада с помощью графо - аналитического метода. В результате были получены максимальные значения выходных и входных токов, напряжений, мощностей и сопротивлений, с помощью которых рассчитаны показатели данного транзистора.

Список литературы:

1. ИДЗ №2 "Расчет усилителя переменного тока графо-аналитическим методом" [Электронный ресурс] / ЭИОС ТПУ: курс Электроника 1.1_Глазачев А.В. – 2022г - Режим доступа: https://stud.lms.tpu.ru/mod/assign/view.php?id=135313, авторизированный. – Загл. с экрана.

2. ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ №3 «РАСЧЕТ УСИЛИТЕЛЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ГРАФО-АНАЛИТИЧЕСКИМ МЕТОДОМ» [Электронный ресурс] / ЭИОС ТПУ: курс Электроника 1.1_Глазачев А.В. – 2022г - Режим доступа: https://stud.lms.tpu.ru/pluginfile.php/168068/mod_assign/intro/%D0%9C%D 0%A3%20%D0%BA%20%D0%98%D0%94%D0%97%E2%84%963.pdf, авторизированный. – Загл. с экрана.

3. Транзисторы для аппаратуры широкого применения: Справочник /К.М. Брежнева, Е.И. Гантман, Т.И. Давыдова и др. Под ред. Б.Л. Перельмана. – М.: Радио и связь, 1981. – 656 с.