Методические указания по выполнению контрольной работы по дисциплине «Схемотехника телекоммуникационных устройств». Учебно-методическое пособие
.pdf
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:
|
|
|
|
E |
− U |
c0 |
|
|
Rн= = Rc + Rb |
|
п |
|
|
. |
|||
|
I |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
c0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Сопротивление в цепи коллектора |
Rн= |
(коллекторная нагрузка постоянному |
||||||
току) состоит из сопротивления в стоковой цепи
Rc
и сопротивления в цепи
истока
Rи
. Резистор
Rи
помимо температурной стабилизации обеспечивает
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 истоковой цепи по |
формуле: |
|
|
||
|
|
Rи = Rн= − Rс . (ГОСТ) |
|
|
|
11. Рассчитывают коэффициент усиления каскада по напряжению без ООС |
|||
|
|
K = Sср Rэ.в , |
|
|
где |
Sср |
- среднее значение крутизны тока стока от напряжения затвор-исток в |
||
окрестности рабочей точки (U зи 0 ,Ic 0 ) (справочное значение). Также среднее |
|
значение крутизны можно определить по приведенной ниже формуле: |
|
Sср = Ic0 U зи 0 , если в справочных данных приведен график Ic = f |
(U зи ). |
12. Определяют величину сопротивлений цепи смещения затвора Rз и R' |
з . |
Постоянный ток затвора низок (около 10…100 нА) и практически |
не |
зависит от температуры. Поэтому выбор номинала резисторов делителя в основном определяется требуемым входным сопротивлением КПУ. Для расчета номиналов резисторов Rз и R'з задаются током делителя Iд . Ток делителя
обычно берут в 10..100 раз больше максимального тока утечки затвора транзистора. Тогда номиналы резисторов делителя определяются по формулам:
Rз |
= U зи 0 Iд , (ГОСТ) |
|
R'з |
= (Eп −U зи 0 ) Iд . |
|
13. Находим сопротивление |
|
резистора Rос , обеспечивающего ООС в |
каскаде.
Коэффициент усиления каскада с ООС определяется выражением
K |
|
= |
K |
ос |
|
||
|
1 |
+ βK |
|
|
|
где
,
β = |
Uос |
= |
Rос |
|
Umвых |
Rэ.в + Rд |
|
- коэффициент передачи цепи обратной связи;
21
R |
|
= |
R R |
|
|
|
|||||
|
б |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
д |
|
R |
+ R |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
б |
|
|
|
|
|
|
|
|
- сопротивление делителя. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
По формуле находим: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
β = |
K − K |
ос |
, |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
KK |
ос |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
откуда вычисляем |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Rос = βRэ.в . (ГОСТ) |
|
||||||||||
Определяем уточненное значение сопротивления Rи .ут. = Rи − Rос . (ГОСТ) |
|||||||||||
14. Находят общее входное сопротивление Rвх .ос |
КПУ. |
||||||||||
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
1 |
−1 |
|
Rвх |
= |
|
|
+ |
|
. |
|
||||
Rз |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
R'з |
|
|||
15. Определяют общее выходное сопротивление каскада с ООС
|
T = βK , |
|
|
|
T |
(0) = T |
R |
+ R |
|
э.в |
|
н |
||
|
|
|
||
2 |
|
R |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
э.в |
|
F2 (0) = 1 + T2 |
(0) |
, |
||
Rвых.ос = Rэ.в F2 |
(0). |
|||
16. Находят общее входное сопротивление
,
Rвх .ос
КПУ с учетом действия
ООС, которое будет примерно равно входному сопротивлению каскада без ООС
Rвх.ос Rвх .
Определяют емкостную составляющую входного сопротивления каскада |
||
|
Cвх |
Cзи + Сзс (1 + Kос ), |
где Cзи |
- емкость затвор-исток |
транзистора (справочный параметр); |
С |
зс |
|
-
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 |
= 3 |
|
M |
н |
. |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Тогда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Cр.вых = |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
, (ГОСТ) |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
2πfн (Rc |
+ Rн ) |
M н.Ср.вых |
2 −1 |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|||||||||||
22
где
S |
и |
S |
ср |
|
|
Cр.вх |
= |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
, (ГОСТ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|||
|
2πf |
|
(R |
+ R |
|
) |
|
M |
|
|
−1 |
|||
|
н |
|
|
н.Ср.вх |
|
|||||||||
|
|
|
вх.ос |
ист |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
1 |
|
|
1 + S R |
|
2 |
− |
M |
|
2 |
|
||
|
|
|
|
|
|
нСи |
|
|
||||||
C |
= |
|
|
|
и |
|
и |
|
|
|
|
, (ГОСТ) |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|||
и |
2πf R |
M |
|
|
−1 |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
н |
и |
|
|
|
нСи |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
- крутизна характеристики тока истока.
18. Величина допустимых частотных искажений в области верхних частот
распределяется между входной цепью |
M в .вх |
и выходной цепью |
M в .вых . |
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 |
, |
где Mв.вх |
2 |
. |
|
|
1 + 2πfвСвх Rист |
|
|
Если условие выполняется – режим каскада выбран правильно. Если условие не выполняется, то следует уменьшить Rэ.в и повторить расчет.
23
3 Выбор резисторов по номинальной мощности
При проектировании каскадов необходимо помимо номинала выбрать номинальную мощность резистора. Номинальная мощность резистора определяется при температуре корпуса +85 С. При превышении рассеиваемой мощности номинального значения резистор перегревается, его токопроводящий слой испаряется, что становится заметно по внешнему виду сгоревшей или почерневшей защитной краске-лаку. Перегрев резисторов нельзя допускать. Чтобы выбрать номинальную мощность резистора, необходимо определить рассеиваемую на резисторе мощность в схеме каскада при нормальных (номинальных) условиях.
Рассеиваемая на резисторе мощность может быть определена по формуле
или
где
I |
R |
|
P |
|
= I |
2 |
R |
||
|
R |
|||||
расс |
|
|
|
|||
P |
=U |
2 |
/ R |
|||
R |
||||||
расс |
|
|
|
|
||
- ток, протекающий через резистор, U
,
R
- напряжение на резисторе,
R
-
номинальное сопротивление резистора (выбранное по ряду номинальных значений).
Поскольку при изменении температуры может наблюдаться вариация тока, протекающего через резистор, но необходимо учитывать запас по мощности. В стандартных условиях эксплуатации вполне достаточно запаса по мощности 20%. Далее осуществляется выбор номинальной мощности резистора (с запасом 20%) из таблиц П6 или П7 по условию
Pном
1,2 Pрасс
.
24
Вопросы для самопроверки
1.Упрощенная принципиальная схема одиночного каскада усилителя на биполярном, полевом транзисторе с изоляций канала p-n-переходом, полевом транзисторе МОП-структуры и индуцированным каналом.
2.Виды межкаскадной связи в многокаскадных усилителях: резисторноконденсаторная связь.
3.Виды обратной связи (ОС). Положительная и отрицательная ОС. Основные способы обеспечения отрицательной ОС и влияние ее на показатели и характеристики усилителей аналоговых сигналов.
4.Устойчивость усилителей, охваченных отрицательной ОС, оценка устойчивости усилителя на основе физических представлений (баланс амплитуд и фаз).
5.Частотный критерий устойчивости Найквиста. Запасы устойчивости.
6.Амплитудная и амплитудно-частотная характеристики. Определение. Особенности измерения. Причины отличия от идеальных характеристик.
7.Линейные и нелинейные искажения в транзисторных каскадах. Причины. Параметры оценки величины искажений. Эквивалентные схемы входной и выходной цепи каскада.
8.Переходная характеристика. Виды и оценка переходных искажений. Причины переходных искажений в транзисторных каскадах. Эквивалентные схемы входной и выходной цепи каскада.
9.Цепи питания и смещения, обеспечивающие режим работы транзистора по постоянному току. Влияние условий эксплуатации и разброса значений параметров транзисторов на режим их работы по постоянному току. Стабилизация режима работы транзисторов с помощью отрицательной ОС.
10.Требования, предъявляемые к каскадам предварительного усиления и особенности их анализа, связанные с малым уровнем входного сигнала.
11.Применение эквивалентных схем для анализа каскадов предварительного усиления. Модели усилительных элементов (биполярного и полевых транзисторов), используемые при этом анализе.
12.Резисторные апериодические каскады предварительного усиления, их принципиальные и эквивалентные схемы. Коэффициенты усиления, амплитудно-частотные и переходные характеристики. Связь между соответствующими частотными и временными областями этих характеристик.
13.Ряды номинальных значений резисторов и конденсаторов по ГОСТ. Ряд номинальных напряжений источников постоянного напряжения. Применение стандартных рядов номинальных значений при проектировании электронных устройств и их каскадов.
14.Номинальная мощность резистора. Выбор резистора по мощности. Стандартный ряд номинальных мощностей.
15.Номинальное напряжение конденсатора. Выбор типа, номинала и вольтажа конденсатора. Стандартный ряд номиналов напряжений.
16.Способы монтажа электронных компонентов. Выводной монтаж (THT) и поверхностный монтаж (SMD). Особенности проектирования усилительного каскада с разными видами монтажа электронных компонентов.
25
Приложение 1. Варианты задания
Таблица П1 – Варианты задания. Технические данные каскада
Предпоследняя |
|
|
|
|
|
Номер варианта |
|
|
|
|
||||
цифра номера |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
студенческого |
0 |
1 |
2 |
3 |
|
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|||
билета |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Модель |
|
|
|
2N5551 |
2SK246GR |
2N5401 |
2SJ103GR |
|
BC847C |
2N7002 |
BC857C |
BSS92 |
BC547C |
2N7000 |
транзистора |
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Тип |
|
|
|
БТ |
ПТ |
БТ |
ПТ |
|
БТ |
ПТ |
БТ |
ПТ |
БТ |
ПТ |
транзистора |
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Структура |
|
|
n-p-n |
p-n- |
p-n-p |
p-n- |
|
n-p-n |
МОП |
p-n-p |
МОП |
n-p-n |
МОП |
|
|
|
|
|
переход |
переход |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Тип канала |
|
|
- |
n-типа |
- |
p-типа |
|
- |
n-типа |
- |
p-типа |
- |
n-типа |
|
Амплитуда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
сигнала на |
|
|
1 |
1,2 |
1,4 |
1,5 |
|
1,7 |
1,9 |
2,1 |
2,3 |
1,5 |
3 |
|
нагрузке, Umн |
, |
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
В |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Нижняя |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
граничная |
|
|
20 |
15 |
30 |
20 |
|
15 |
10 |
12 |
10 |
5 |
2 |
|
частота, |
fн |
, Гц |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Верхняя |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
граничная |
|
|
200 |
180 |
300 |
240 |
|
150 |
350 |
300 |
400 |
370 |
160 |
|
частота, |
fв |
, |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
кГц |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Емкость |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
нагрузки |
|
|
|
40 |
15 |
30 |
20 |
|
30 |
100 |
30 |
110 |
40 |
90 |
каскада, |
Cн , |
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
пФ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
26 |
|
|
|
|
|
|
Сопротивление |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
нагрузки, R , |
47 |
|
100 |
|
62 |
|
150 |
|
120 |
|
30 |
|
200 |
|
20 |
100 |
50 |
|
н |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
кОм |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Выходное |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
сопротивление |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
источника |
200 |
|
10000 |
|
150 |
|
2000 |
|
100 |
|
1000 |
|
60 |
|
400 |
50 |
40 |
|
сигнала, Rист , |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ом |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица П2 – Варианты задания. Технические данные каскада |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
Последняя |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Номер варианта |
|
|
|
|
|
|||
цифра номера |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
студенческого |
|
0 |
|
1 |
|
2 |
|
3 |
4 |
|
5 |
|
6 |
|
7 |
8 |
9 |
|
билета |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Коэффициент |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
частотных |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
искажений на |
|
1,1 |
|
1,2 |
|
1,3 |
|
1,4 |
2 |
|
1,1 |
|
1,2 |
|
1,3 |
1,4 |
2 |
|
нижней |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
частоте, M н |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Коэффициент |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
частотных |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
искажений на |
|
1,2 |
|
1,3 |
|
1,4 |
|
2 |
1,1 |
|
1,2 |
|
1,3 |
|
1,4 |
2 |
1,1 |
|
верхней |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
частоте, M в |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Коэффициент |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
усиления |
|
2 |
|
3 |
|
4 |
|
5 |
2,5 |
|
3,5 |
|
4,5 |
|
5,5 |
2 |
3 |
|
каскада с |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ООС, Kос |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
27 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица П3 – Вспомогательный ряд напряжений постоянного тока
Eп , В |
5 |
6 |
9 |
12 |
16 |
18 |
24 |
27 |
36 |
42 |
60 |
80 |
100 |
28
Приложение 2. Справочные данные стандартных значений пассивных компонентов
Номинальные значения резисторов и конденсаторов стандартизированы в пределах десятичного интервала. Для постоянных резисторов согласно ГОСТ 2825-67 установлено шесть рядов: Е6, Е12, Е24, Е48, Е96, Е192, а для переменных резисторов в соответствии с ГОСТ 10318-80 установлен ряд Е6. Наиболее употребительные значения емкостей выбираются из рядов Е3, Е6, Е12, Е24 (таблица П4).
Номинальные значения выбираются из определенных рядов путем умножения или деления их 10n, где n – целое положительное число.
Таблица П4 – Номинальные ряды
Ряд |
|
|
|
|
|
Числовые коэффициенты |
|
|
|
|
|
|||
Е3 |
1 |
|
|
|
2,2 |
|
|
|
|
|
4,7 |
|
|
|
Е6 |
1 |
|
1,5 |
|
2,2 |
|
|
3,3 |
|
|
4,7 |
|
6,8 |
|
Е12 |
1 |
1,2 |
1,5 |
1,8 |
2,2 |
|
2,7 |
3,3 |
|
3,9 |
4,7 |
5,6 |
6,8 |
8,2 |
Е24 |
1 |
1,1 |
1,2 |
1,3 |
1,5 |
|
1,6 |
1,8 |
|
2 |
2,2 |
2,4 |
2,7 |
3 |
|
3,3 |
3,6 |
3,9 |
4,3 |
4,7 |
|
5,1 |
5,6 |
|
6,2 |
6,8 |
7,5 |
8,2 |
9,1 |
Конденсаторы подразделяются по допустимому напряжению, материалу и температурному коэффициенту емкости (ТКЕ), который определяет линейную зависимость емкости от температуры. ТКЕ определяет относительное изменение емкости (в миллионных долях) при изменении температуры на один градус Цельсия. Значения ТКЕ керамических конденсаторов и их кодированные обозначения приведены в таблице П5.
Таблица П5 – Значения ТКЕ керамических конденсаторов и их условные обозначения
Группа ТКЕ |
П100 |
П60 |
П33 |
МП0 |
М33 |
М47 |
М75 |
М150 |
М220 |
М330 |
М470 |
М750 |
М1500 |
М2200 |
Номинальное |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
значение |
+100 |
+60 |
+33 |
0 |
–33 |
–47 |
–75 |
–150 |
–220 |
–330 |
–470 |
–750 |
–1500 |
–2200 |
( 10-6 1/ С) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
29
Таблица П6 – Постоянные выводные резисторы (THT)
Тип |
Номинальная |
Диапазон |
Ряд |
Допуск |
Тип |
Номинальная |
|
Диапазон |
Ряд |
Допуск |
||
|
мощность, |
|
|
номинальных |
|
% |
|
мощность, |
номинальных |
|
|
|
|
Вт |
|
|
сопротивлений |
|
|
|
Вт |
сопротивлений |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Общего назначения |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
Металлоксидные |
|
|
|
|
||
МЛТ |
0,125 |
|
8,2 Ом…3 МОм |
Е24, |
+2; +5; |
С2-33Н |
0,125 |
1 |
Ом…3 МОм |
Е24, |
+1; +2; |
|
|
0,25 |
8,2 Ом…5,1 МОм |
Е96 |
+10; |
|
0,25 |
1 Ом…5,1 МОм |
Е96 |
+5; +10; |
|||
|
0,5 |
|
1 Ом…5,1 МОм |
|
|
|
0,5 |
1 Ом…5,1 МОм |
|
|
||
|
1 |
|
1 Ом…10 МОм |
|
|
|
1 |
1 Ом…10 МОм |
|
|
||
|
2 |
|
1 Ом…10 МОм |
|
|
|
2 |
1 Ом…10 МОм |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
Угольные |
|
|
|
|
|
|
Р1-4 |
0,25 |
|
10 Ом…1 МОм |
Е24, |
+1; +2; |
С1-4 |
0,125 |
10 Ом…2 МОм |
Е24, |
+2; +5; |
||
|
0,5 |
|
1 Ом…10 МОм |
Е96 |
+5; +10 |
|
0,25 |
10 |
Ом…10 МОм |
Е48 |
+10; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,5 |
10 |
Ом…10 МОм |
|
|
|
|
|
|
|
|
Прецезионные |
|
|
|
|
|
|
С2-29В |
0,06 |
|
|
10 Ом…511 |
Е24, |
+0,05; |
С2-14 |
0,125 |
10 Ом…1 МОм |
Е192 |
+0,1; |
|
|
|
|
|
кОм |
Е192 |
+0,1; |
|
|
|
|
|
+0,25; |
|
0,125 |
|
|
1 Ом… 1 МОм |
|
+0,25; |
|
0,25 |
1 |
Ом…1 МОм |
|
+0,5; |
|
0,25 |
|
1 Ом… 2,2 МОм |
|
+0,5; |
|
0,5 |
1 Ом…2,2 МОм |
|
+1 |
||
|
0,5 |
|
|
1 Ом… 3 МОм |
|
+1 |
|
1 |
1 |
Ом…3 МОм |
|
|
|
1 |
|
1 Ом… 8,5 МОм |
|
|
|
2 |
1 Ом…5,1 МОм |
|
|
||
|
2 |
|
1 Ом… 20 МОм |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
30