Методические указания по выполнению контрольной работы по дисциплине «Схемотехника телекоммуникационных устройств». Учебно-методическое пособие

Определяем уточненное значение сопротивления Rэ.ут. = Rэ − Rос . (ГОСТ)

16. Определяют общее выходное сопротивление каскада с ООС

Определяют емкостную составляющую входного сопротивления каскада

18. Величина допустимых частотных искажений в области нижних частот распределяется с учетом разрешенной к применению элементной базы и других соображений между входной цепью M н.Cр .вх , цепью Cэ Rэ - M н.Cэ и выходной

искажений нет. Поэтому можно принять, что частотные искажения распределены равномерно

предшествующего транзистору.

19. Величина допустимых частотных искажений в области верхних частот

Необходимо проверить, что результирующее значение частотных искажений в области верхних частот, вносимых каскадом, не превышает заданное значение

M в M в .вх M в .вых ,

Если условие выполняется – режим каскада выбран правильно. Если условие не выполняется, то следует уменьшить Rэ.в и повторить расчет.

2.2. Расчет каскада на полевом транзисторе с p-n-переходом

Схема КПУ на полевом транзисторе с p-n-переходом по схеме и общим истоком и истоковой стабилизацией показана на рис. 2.

Расчет ведется аналитическим методом в следующем порядке.

1.Приводится принципиальная электрическая схема каскада и вводятся обозначения элементов на схеме.

2.Определяем напряжение покоя Uc0 , которое должно быть в несколько

раз больше амплитуды сигнала на выходе усилителя:

Uc0 = 2...3Umн .

Часто характеристики транзисторов в справочнике приводятся для напряжения Uc0 =10 В, поэтому иногда в расчетах при прочих допустимых условиях можно

принять напряжение на стоке равным 10 В, т.е. если амплитуда сигнала не превышает 2-3 В.

3. Рассчитывается общая нагружающая каскад емкость

C0.вых = Cвых.тр + Cмонт + Cн ,

где Cвых.тр - выходная емкость транзистора; Cмонт - емкость монтажа; Cн - емкость нагрузки каскада.

12

Рисунок 2 – Схема КПУ на полевом транзисторе с p-n-переходом по схеме с общим истоком и истоковой стабилизацией

Выходную емкость транзистора Cвых.тр можно определить по формуле:

где Сзс - справочное значение емкости затвор-сток при указанном напряжении на стоке Uс.спр , обычно приводится в зависимости от постоянной составляющей тока стока Ic0 ; Сcи - емкость сток-исток транзистора в схеме с общим истоком

(часто этой емкостью пренебрегают в расчете, т.к. ее величина крайне мала – от 0,2 пФ до 2 пФ).

Емкость монтажа Cмонт обычно составляет 1-2 пФ для компонентов для

поверхностного монтажа (SMD) и 2-10 пФ для выводных компонентов (THT). 4. Находим эквивалентное сопротивление выходной цепи каскада в

области верхних частот на частоте fв с учетом заданного коэффициента

верхней частоте. Обычно искажения распределяют между входной цепью и выходной равномерно, тогда M в .вых = M в .

5. Определяют сопротивление стоковой нагрузки транзистора

Rc = Rн −Rэ.в . (ГОСТ)

Rн Rэ.в

13

Ток покоя стока (постоянную составляющую) определяют по формуле:

значения kз увеличивают мощность, рассеиваемую на транзисторе, и приводят

менее 0,2 мА, т.к. при этом ухудшаются усилительные свойства транзистора (низкая крутизна характеристики прямой передачи), а рабочая точка располагается на нелинейном участке проходной характеристики, что может стать причиной нелинейных искажений сигнала при усилении.

7. Определяем мощность, рассеиваемую полевым транзистором:

Pc0 = Ic0Uc0 .

указанной температуры перехода. Часто приводится значение при температуре не выше 25ºС, но с повышением температуры перехода допустимая рассеиваемая мощность резко снижается. В справочных данных обычно приводится график допустимой рассеиваемой мощности транзистором от температуры перехода.

8. Определяют напряжение питания каскада.

Для выбора значения напряжения питания удобно пользоваться

где kэ - коэффициент, определяющий величину падения напряжения на

находится в интервале от 1,1 до 1,3. Полученное по формуле значение напряжения округляют до ближайшего большего, используя вспомогательный ряд стандартных напряжений постоянного тока (см. таблицу П3).

Следует учесть, что напряжение питания каскада не должно превышать максимально допустимое напряжение сток-исток, указанное в справочных данных. Если в расчете получилось большее напряжение, то следует расчет скорректировать с п.2, взяв меньшееUc0 . Если же это невозможно, то следует

выбрать иной тип транзистора с большим значением пробивного напряжения. 9. Определяют сопротивление стоковой цепи постоянному току:

току) состоит из сопротивления в стоковой цепи Rc и сопротивления в цепи

отрицательную обратную связи (ООС) и задает положение рабочей точки (цепь автоматического смещения). Введение ООС подобного типа повышает стабильность режима работы транзистора, но снижает коэффициент усиления каскада.

10. Определяют сопротивление резистора Rи в цепи истока по формулам:

Rи = Rн= − Rс и Rи .см = U зи 0 Ic0 ,

Если в результате расчета оказалось Rи Rи .см , то следует выполнить цепь

смещения по схеме на рис. 2 и дополнительно рассчитать сопротивление в цепи питания затвора R'з .

Рисунок 3 – Схема КПУ на полевом транзисторе с p-n-переходом по схеме с общим истоком и истоковой стабилизацией, смещение на затвор поступает с части истокового резистора

15

зависит от температуры – возрастает в 10 раз на каждые 30ºС. Поэтому выбор

сопротивлением КПУ. Обычно его номинал составляет 47кОм-2МОм. Максимальное значение резистора определяется максимальным током утечки

максимального тока утечки затвора:

Iд =10...100Iз.ут .

По известному току делителя Iд и напряжению затвор-исток U зи 0 в точке

покоя находят сопротивления резисторов делителя, обеспечивающих это напряжение:

Rз = U зи 0 , (ГОСТ)

Iд

R'з = Eп −U зи 0 . (ГОСТ) Iд

13. Находим сопротивление резистора Rос , обеспечивающего ООС в каскаде.

16

Коэффициент усиления каскада с ООС определяется выражением

- коэффициент передачи цепи обратной связи. По формуле находим:

β= K − Kос ,

KKос

откуда вычисляем

15. Определяют общее выходное сопротивление каскада с ООС

T = βK ,

ООС, которое будет примерно равно входному сопротивлению каскада без ООС

емкость затвор-сток (справочный параметр).

17. Величина допустимых частотных искажений в области нижних частот распределяется с учетом разрешенной к применению элементной базы и других соображений между входной цепью M н.Cр .вх , цепью Cи Rи - M н.Cи и выходной

цепью M н.Cр.вых . В данном случае ограничений на распределение частотных

искажений нет. Поэтому можно принять, что частотные искажения распределены равномерно

M н.Cр.вх = M н.Cи = M н.Cр.вых = 3M н .

Тогда

17

18. Величина допустимых частотных искажений в области верхних частот

Необходимо проверить, что результирующее значение частотных искажений в области верхних частот, вносимых каскадом, не превышает заданное значение

Если условие выполняется – режим каскада выбран правильно. Если условие не выполняется, то следует уменьшить Rэ.в и повторить расчет.

2.3. Расчет каскада на МОП-транзисторе с индуцированным каналом

Схема КПУ на МОП-транзисторе с индуцированным каналом в схеме с общим истоком и истоковой стабилизацией показана на рис. 4.

Расчет ведется аналитическим методом в следующем порядке.

1. Приводится принципиальная электрическая схема каскада и вводятся обозначения элементов на схеме.

18

Рисунок 4 – Схема КПУ на МОП-транзисторе по схеме с общим истоком и истоковой стабилизацией

2. Определяем напряжение покоя Uc0 , которое должно быть в несколько раз больше амплитуды сигнала на выходе усилителя:

Uc0 = 2...3Umн .

Часто характеристики транзисторов в справочнике приводятся для напряжения Uc0 =10 В, поэтому иногда в расчетах при прочих допустимых условиях можно

принять напряжение на стоке равным 10 В, т.е. если амплитуда сигнала не превышает 2-3 В.

3. Рассчитывается общая нагружающая каскад емкость

C0.вых = Cвых.тр + Cмонт + Cн ,

емкость нагрузки каскада.

Выходную емкость транзистора Cвых.тр можно определить по формуле:

Cвых.тр = Cзс + Сcи

где Сзс - справочное значение емкости затвор-сток при указанном напряжении

(справочное значение).

Емкость монтажа Cмонт обычно составляет 1-2 пФ для компонентов для

поверхностного монтажа (SMD) и 2-10 пФ для выводных компонентов (THT). 4. Находим эквивалентное сопротивление выходной цепи каскада в

области верхних частот на частоте fв с учетом заданного коэффициента частотных искажений M в .вых :

19

выходной равномерно, тогда M в .вых = M в .

5. Определяют сопротивление стоковой нагрузки транзистора

Rc = Rн −Rэ.в . (ГОСТ)

Rн Rэ.в

Ток покоя стока (постоянную составляющую) определяют по формуле:

менее 2-10 мА, т.к. при этом рабочая точка будет располагаться на нелинейном участке проходной характеристики.

7. Определяем мощность, рассеиваемую полевым транзистором:

Pc0 = Ic0Uc0 .

указанной температуры перехода. Часто приводится значение при температуре не выше 25ºС, но с повышение температуры перехода допустимая рассеиваемая мощность резко снижается. В справочных данных обычно приводится график допустимой рассеиваемой мощности транзистором от температуры перехода.

8. Определяют напряжение питания каскада.

Для выбора значения напряжения питания удобно пользоваться следующим выражением:

Eп kэ (Ic0 Rc +Uc0 ),

где kэ - коэффициент, определяющий величину падения напряжения на

стабильность режима транзистора, но также увеличивают напряжения питания каскада и мощность, рассеиваемую резистором Rи . Обычно значение kэ

находится в интервале от 1,2 до 1,4. Полученное по формуле значение напряжения округляют до ближайшего большего, используя вспомогательный ряд стандартных напряжений постоянного тока (см. таблицу П3).

Следует учесть, что напряжение питания каскада не должно превышать максимально допустимое напряжение сток-исток, указанное в справочных

20