4 сем / ИДЗ / ИДЗ2

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет»

Институт: Инженерная школа энергетики (ИШЭ)

Направление: 13.03.02 Электроэнергетика и электротехника

Подразделение: Отделение электроэнергетики и электротехники (ОЭЭ)

Электроника 1.1

ИДЗ №2 " Расчет усилителя переменного тока графо-аналитическим методом"

Вариант 54

Выполнил студент гр. 5А36 Кондрашов Максим Анатольевич ^{(Дата, подпись) (Ф.И.О.)}

Проверил: к.т.н., доцент Воронина Наталья Алексеевна

^{(Степень, звание, должность) (Дата, подпись) (Ф.И.О.)}

Томск 2025 г.

Исходные данные:

Транзистор КТ501К.

Общие сведения:

Кремниевый эпитаксиально – планарный p-n-p транзистор предназначен для использовани в различного рода схемах аппаратуры.

Конструкция и цоколевка данного транзистора приведена на рисунке 1.

Рисунок 1.Конструкция и цоколевка транзистора КТ501К

Характеристики транзистора КТ501К:

Максимально допустимое напряжение коллектор-эмиттер ;

Максимально допустимое напряжение база-эмиттер ;

Максимально допустимый постоянный ток коллектора ;

Максимально допустимая постоянная рассеиваемая мощность коллектора .

Принципиальная схема усилительного каскада приведена на рисунке 2.

Рисунок 2. Принципиальная схема усилительного каскада

Статические вольт-амперные характеристики транзистора КТ501К приведены на рисунках 3-4.

Рисунок 4. Зависимость тока коллектора от напряжения коллектор – эмиттер

Рисунок 3. Зависимость тока базы от напряжения база – эмиттер

Необходимо рассчитать:

1. Параметры элементов усилительного каскада:

   1. Напряжение источника питания ;

   2. Сопротивление коллекторной нагрузки ;

   3. Сопротивление в цепи эмиттера ;

   4. Сопротивления делителя напряжения и ;

   5. Емкости разделительных конденсаторов и ;

   6. Емкость шунтирующего конденсатора ;

   7. Емкость фильтрующего конденсатора ;

2. Параметры усилительного каскада:

   1. Коэффициент усиления по току ;

   2. Коэффициент усиления по напряжению ;

   3. Мощность выходного сигнала ;

   4. Мощность входного сигнала ;

   5. Коэффициент усиления по мощности ;

   6. Входное сопротивление переменному току ;

   7. Выходное сопротивление переменному току ;

   8. Мощность рассеяния тепловых потерь на коллекторном переходе ;

   9. Мощность, потребляемая от источника питания, ;

   10. Коэффициент полезного действия коллекторной цепи ;

1. Расчет статического режима

Для постоянного тока емкость представляет собой разрыв цепи.

Поэтому схема усилительного каскада по постоянному току представляется следующими элементами (рисунок 5):

Рисунок 5. Схема усилительного каскада при постоянном токе

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

Предельно допустимая мощность рассеивания транзистора

Вычисленные предельные значения тока коллектора сведем в таблицу 1.

Таблица 1.

Предельные значения тока коллектора

	5	10	15	20	25	30	35	40	45
	70	35	23.333	17.5	14	11.667	10	8.75	7.778

Полученные предельные значения тока коллектора находятся выше значений токов коллектора находятся выше значений токов коллектора, определяющих выходные статические характеристики. Поэтому вся область будет безопасной.

Гипербола допустимых мощностей приведена на рисунке 6.

Рисунок 6. Гипербола допустимых мощностей

2. Построение линии нагрузки по постоянному току

Задаем напряжение

Линия нагрузки приведена на рисунке 7.

Рисунок 7. Линия нагрузки по постоянному току

2. 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 .

Задаем , т.к. при таком напряжении получена входная характеристика.

Характеристика передачи по току приведена на рисунке 8.

Рисунок 8. Характеристика передачи по току

Из характеристикнайдя и .

2. Определяем параметры покоя усилительного каскада (координаты рабочей точки на входных и выходных характеристиках)

2. Определяем сопротивления и

На практике

Зададим

Обозначим выходной контур схемы для составления уравнения по 2-му закону Кирхгофа (рис. 9)

Рисунок 9. Выходной контур схемы

Составим уравнение по 2-му закону Кирхгофа для этого контура:

По ряду Е24 выбираем номинал резистора .

Тогда ;

По ряду Е24 выбираем номинал резистора

2. Определяем сопротивления делителя напряжения

На практике

Зададим

Обозначим контур схемы для составления уравнения по 2-му закону Кирхгофа (рис. 10)

Рисунок 10. Выбранный контур

Составим уравнение по 2-му закону Кирхгофа для этого контура:

Откуда

По ряду Е24 выбираем номинал резистора

Обозначим контур схемы для составления уравнения по 2-му закону Кирхгофа (рис. 1)

Рисунок 11. Выбранный контур

Составим уравнение по 2-му закону Кирхгофа для этого контура:

Откуда

По ряду Е24 выбираем номинал резистора

2. Расчет динамического режима

2.1. 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 вблизи напряжения покоя , что резко снизит КПД.

Для близких углов наклона нагрузочных линий справедливо соотношение:

Пренебрегая падением напряжения на емкостях по переменному току, нагрузка усилительного каскада состоит из параллельно включенных сопротивлений , и (рисунок 12).

Рисунок 12. Часть схемы с нагрузкой

Зададим

Тогда

2. Построение линии нагрузки по переменному току

Зададим приращение по напряжению .

Тогда приращение по току равно

Откладываем его вверх от и проводим линию нагрузки по переменному току (рисунок 13).

Рисунок 13. Линия нагрузки по переменному току

2. Проведение графических построений – задаем входной сигнал

Диапазон изменения амплитудного значения входного сигнала

Диапазон изменения нижней граничной частоты входного сигнала

Для расчета принимаем .

Строим , затем далее и (рисунок 14).

Рисунок 14. Требуемые построения

После проведения построений получаем:

Таблица 2

10	5	0,01	1

Параметры усилительного каскада

Коэффициент усиления по току: ;

Коэффициент усиления по напряжению:

Коэффициент усиления по мощности: ;

Входное сопротивление каскада: Ом;

Выходное сопротивление каскада: Ом;

Мощность рассеяния тепловых потерь на коллекторном переходе:

Мощность, потребляемая от источника питания:

Коэффициент полезного действия коллекторной цепи:

Нижняя граничная круговая частота входного сигнала равна:

;

По ряду Е24 выбираем номинал емкости

По ряду Е24 выбираем номинал емкости

По ряду Е24 выбираем номинал емкости

По ряду Е24 выбираем номинал емкости

Заключение

В ходе выполнения домашнего задания были практически применены знания, полученные на практических и лекционных занятиях. Для заданного транзистора были найдены справочные данные, а также рассчитаны коэффициенты усиления и параметры усилительного каскада.

Список литературы

1. Глазачев А.В., Петрович В.П. Физические основы электроники: Учебное пособие / Томск Издательство Томского политехнического университета, 2012. 212 с.

2. 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.

3. Усатенко С.Т., Каченюк Т.К., Терехова М.В. Выполнение электрических схем по ЕСКД: справочник. – М.: Изд-во стандартов, 1989. – 325 с.

4. Валенко В.С. Полупроводниковые приборы и основы схемотехники электронных устройств / под ред. А.А. Ровдо. – М.: Издат. дом «Додэка XXI», 2001. – 368 с.