Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Физические основы электроники. Сборник задач и примеры их решения. Учебно-методическое пособие
.pdf
Решение
Расчет начинается с составления схемы замещения усилительного
каскада (рис. 3.13), где параметры транзистора учитываются его
h-параметрами. Согласно схеме замещения для определения показателей качества усилительного каскада, к которым относятся его входное и
выходное сопротивления, а также коэффициенты усиления по напряжению, току и мощности, необходимо определить h
, h21 и h22. Последние
11
определяются по статическим характеристикам транзистора.
Рис. 3.13. Принципиальная схема усилительного каскада и его схема
замещения
Для этого, задаваясь на характеристиках значениями приращений
соответствующих токов и напряжений (рис. 3.13), получим
Рис. 3.13. Статические характеристика транзистора КТ202А
51
U,
h
11
.
h,
22
U
бэ
I
б
h
21
I,
к
кэ
I
б
U
кэ
I
к
I
б
150 A
5В
U
кэ
008
125 10
50 10
10B
0410
5
110
3
640 Ом
6
3
20
6
;
0 00008 Ом
;
1
Тогда, входное и выходное сопротивления схемы можно рассчитать как:
Rh
R
вх
б 11
Rh
б 11
150 640
150 640
122 Ом
;
1
R
к
h
R
вых
R
22
1
к
h
22
R
к
1 1 1000 0 00008
Rh ,
к 22
1000
926 Ом
.
Коэффициенты передачи определятся как:
по току
IRh
вых б 21
k,
I
IRh hR ,
вх б 11 22 к
напряжению
мощности
kkk , , .
pIU
k
U
URh
вых к 21
Uh hR ,
вх 11 22 к
1 150 640 1 0 00008 1000
1 640 1 0 00008 1000
3 8 29 110 2
150 20
1000 20
29;
38;
Ответ. Показатели качества усилительного каскада на биполярном
транзисторе составили:
k
= 110,2.
P
= 122 Ом, R
вх
= 926 Ом, kI = 3,8, kU = 29,
вых
R
Задача № 3
Рассчитать усилительный каскад, представленный на рис. 3.6, а, ес-
Е
ли заданы: напряжение источника питания
R
коллекторной цепи
h
= 56, h22 = 62,5·10–6 Ом–1) и частота входного сигнала f = 2000 Гц.
21
= 1 кОм; h-параметры транзистора (h11 = 320 Ом,
к
= 10 В; сопротивление в
к
Статические характеристики транзистора представлены на рис. 3.15.
52
Решение
На линейном участке входной статической характеристики
I
= f(Uбэ) при U
б
Для нашего случая он лежит в пределах от 100 до 200
= 5 В выбираем диапазон изменения базового тока.
кэ
А. Тогда среднее
значение тока базы, соответствующее току покоя базы при отсутствии
I
входного сигнала, будет составлять
= 150 А.
б0
Рис. 3.15. Статические характеристика транзистора
На выходных характеристиках Iк = f(Uкэ) строим нагрузочную пря-
мую по постоянному току по двум значениям:
UE
кэ к
IE/R /
ккк
10В;
10 1000 10 mA.
Пересечение нагрузочной характеристики по постоянному току с выходной характеристикой при
I
= 150
б0
А будет определять положение
рабочей точки А.
По положению рабочей точки
А определяем напряжение и ток
покоя
U
= 4,5 В, I
кэ0
= 5,5 mA.
к0
Строим приближенную дополнительную входную характеристику,
U
соответствующую
А) определяем напряжение смещения U
ка
= 4,5 В и для значения Iб0 = 150
кэ0
= 320 mВ.
бэ0
А (рабочая точ-
С учетом полученных данных рассчитываем параметры схемы:
сопротивление в базовой цепи
Е U,
R
б
кбэ0
I
б0
10 0 32
150 10
53
3
208 Ом
;
входное сопротивление
Rh
выходное сопротивление
коэффициент передачи по напряжению
коэффициент передачи по току
IRh
коэффициент передачи по мощности
kk ,
вых б 11
IU
IRhR
вх б 11 к
R
вх
R
вых
1 1 1000 62 510
k
U
20 8 165 3432
б 11
Rh
б 11
R
к
Rh ,·
к 22
URh
вых вых 21
Uh
вх 11
kkk , .
pIU
Величины развязывающих конденсаторов
208 320
126 Ом;
208 320
1000
6
941Ом;
941 56
165;
320
208 320
165 20 8;
208 320 1000
С
и С2 выбираются из
1
условия минимального сопротивления их на рабочей частоте
1
величиной
x,
c
001Ом
C
, откуда
f. Задаемся
11 1
CC ,
12
001 2 001 2 314 2000 001
,f,,,
0 008 Ф
.
Ответ. Для рассмотренной схемы параметры усилителя составили:
R
= 126 Ом, R
вх
С
= С2 = 0,008 Ф.
1
= 941 Ом, kI = 20,8, kU = 165, kP = 3432, Rб = 208 Ом,
вых
Задача 4
Определить значения напряжения Uкэ и тока коллектора Iк биполярного транзистора, включенного по схеме с ОЭ согласно рис. 3.16,
I
при токе базы
усилителя
R
напряжение питания
ляет: при
U
кэ1
= 100 мкА, если сопротивление в коллекторной цепи
б
= 1 кОм; сопротивление в эмиттерной цепи Rэ = 250 Ом;
к
Е
= 8,5 В; величина коллекторного тока Iк состав-
2
= 2,5 В Iк1= 5мА, а при U
= 8 В Iк2 = 5,3 мА.
кэ2
Решение
Решение поставленной задачи определяется как точка пересечения
нагрузочной характеристики усилительного каскада по постоянному то-
I
ку с выходной характеристикой транзистора при
= 100 мкА.
б
а
54
Согласно второму закону Кирхгофа запишем:
E
I
IR U IR
2 кк кэ ээ
,
где
II.
эбк
Определяем предельные точки нагрузочной прямой по постоянно-
му току (рис. 3.16,
б):
Рис. 3.16. К расчету усилительного каскада
при U
при I
= 0 (режим насыщения)
кэ
EIR
I
= 0 (режим отсечки)
к
2 ээ
к
RR
кэ
В.
кэ 2 бэ
8,5 100 10 250
88,5 100 10 250 8,47UEIR
6
1000 250
3
6,78 10
6
А;
Определяем наклон нагрузочной характеристики по постоянному
току
11
k
1
RR
эк
250 1000
0,008
.
Определяем наклон выходной характеристики транзистора (участок
АС) при I
= 100 мкА
б
k
2
5,3 5 10
II
к2 к1
UU
кэ2 кэ2
82,5
3
5,5 10
5
.
Совместное решение уравнения нагрузочной характеристики и
I
уравнения линеаризованной выходной характеристики при
= 100 мкА
б
(рис. 3.16) определяет искомые величины
55
R
где
3
IIkU U
кк1 кэ кэ
6,78 10 0,008 ;
IkU I U
к 2 кэ кAC кэ
UI UI
I
кАС
кэ1 к2 кэ2 к1
UU
кэ1 кэ2
5,5 10 4,86 10 ,
2,55,3 8510
53
82,5
3
4,86 10
3
А,
откуда
U
= 2,25 В; Iк = 4,98 мА.
кэ
Ответ. Для заданного режима работы значения напряжения и тока
коллектора при токе базы
I
= 4,98 мА.
к
I
= 100 мкА составили: Uкэ = 2,25 В;
б
Задача № 5
Рассчитать усилительный каскад, выполненный по схеме с ОЭ
(рис. 3.6,
нагрузки
б) если заданы: тип транзистора КТ312В; сопротивление
R
= 250 Ом; частота входного сигнала f = 500 Гц.
н
Решение
По справочнику определяются предельные значения транзистора
КТ312В: максимальная допустимая мощность, рассеваемая на коллек-
Р
торе
го тока
U
торе
= 250 mВт; максимальное допустимое значение коллекторно-
к, доп
I
= 30 mA; максимальное допустимое напряжение на коллек-
к, доп
= 20 В и h
кэ, доп
= 50–280.
21э
По статическим характеристикам транзистора, взятым из справочника, строится рабочая область усилительного каскада рис. 3.17 и проводится линия нагрузки по постоянному току как можно ближе к гиперболе допустимых мощностей из точки
I
Строятся динамические проходная
= f(Iб) и входная Iб = f(Uбэ) ха-
к
рактеристики по постоянному току.
В рабочей области на середине нагрузочной характеристики по постоянному току определяется положение рабочей точки
А.
Из графиков для заданного положения рабочей точки, определяют-
*
I
ся параметры оптимального режима работы усилителя:
I
= 18 мА; Uc0 = 0,43 В; Uк0 = 10 В.
к0
= 0,34 мА,
б
Рассчитываются элементы схемы:
оптимальное сопротивление коллекторной цепи R
2282
U,
к
R
к
Из стандартного ряда выбираем
сопротивления делителя напряжения R
EU ,
к 0
1
I,
дел
c
22 0 43
17 10
m
,
12 7
R
= 680 Ом;
к
кОм;
I
221210
m
к
3
683
3
R
Ом.
и R2:
1
U,
0
c
2
I,
дел
к
043
17 10
Ом,
252
3
56
где ток делителя выбирается из условия
II,,
(5 10) (5 10) 0 34 10 1 7 10
дел б
Из стандартного ряда выбираем
*
R
= 12 кОм, R2= 270 Ом;
1
33
А.
к max к доп
0,7 0,9 (0,7 0,9)20 18UU
В.
Рис. 3.17. Рабочая область и статические характеристика транзистора
КТ2312Б
сопротивление в эмиттерной цепи транзистора R
(0,2 0,4)
R
э
U
к0
I
к0
(0,2 0,4) 10 0,98
18 10
3
э
110
Ом,
где
– коэффициент передачи транзистора по току для схемы с ОБ
определяется при расчетах для минимального значения
h
Из стандартного ряда выбираем
конденсатор в цепи обратной связи
20 30 20 30
C
э
R
э
Из стандартного ряда выбираем
разделительные конденсаторы
21э
1150
h
21э
R
66
10 10 58
2500110
С
50
= 110 Ом;
э
= 68 мкФ
э
0,98
.
мкФ.
11
CC ,
12
x,
c
Из стандартного ряда выбираем
2 500 0 01
С
= С2 = 0,033 Ф.
1
57
0031
Ф.
h
21э
Задача 4
Рассчитать усилительный каскад, представленный на рис. 3.18, если
Е
напряжение источника питания
=12 В; тип транзистора КТ315Г пре-
к
дельные параметры транзистора:
Р
= 150 мВт; I
к доп
Рис. 3.18. Усилительный каскад и входные характеристики транзистора
= 150 мА; h
к доп
21ОЭ
КТ315Г
= 50–350.
Решение
Определяем положение рабочей точки А на середине линейного
участка входной характеристики при температуре
напряжение база-эмиттер транзистора составит
U
бэ
t = 20 ºС. Тогда,
= 0,66 В.
Определяем максимальную статическую мощность, которая будет
рассеиваться на транзисторе в моменты прохождения переменного сигнала, через рабочую точку
А статического режима транзистора. Она
должна быть на 20 процентов меньше (коэффициент 0,8) максимальной
допустимой мощности транзистора, указанной в справочнике
0,8 0,8 150 120PP мВт.
max кдоп
Определяем ток коллектора в статическом режиме (без сигнала)
PP
I
к0
max max
UE
кэ0 к
/2 12/2
120
20
мА.
Учитывая, что на транзисторе в статическом режиме падает половина
напряжения источника питания
ния будет падать на последовательно соединенных резисторах
RR
кэ
222010
E
Е
, вторая половина напряжения пита-
к
R
и Rэ:
к
к
I
к0
12
Ом.
300
3
58
Так как сопротивления Rк и Rэ ограничивают токи, протекающие через
транзистор и, следовательно, рассеиваемую на транзисторе мощность, то
R
рекомендуется соотношение между ними выбирать из условия
= 10Rэ.
к
Тогда с учетом вышесказанного их значения составят соответ-
R
ственно:
Из стандартного ряда выбираем:
Напряжение покоя на коллекторе транзистора в рабочей точке
= 272,7 Ом; Rэ = 27,3 Ом.
к
R
= 270 Ом; Rэ = 27 Ом.
к
А
определится как
к0 кк0 к
12 0,02 270 6,6UEIR В.
Определяем ток базы транзистора:
I Е
I
кк
б
hRRh
21 кэ21
( ) (270 27)50
12
0,8
мА.
Полный базовый ток определяется напряжением смещения на базе, ко-
торое задается делителем напряжения
R
, R2. Как уже отмечалось, ток рези-
1
стивного базового делителя должен быть на много больше (в 5–10 раз) тока
I
управления базы
, чтобы последний не оказывал влияния на напряжение
б
смещения.
Выбираем ток делителя в 10 раз больше тока управления базы:
10 10 0,8 8II мА.
дел б
Тогда полное сопротивление резисторов
E
RR
Ом.
12
к
I
дел
12
810
1500
3
Найдём напряжение на эмиттере в режиме покоя, с учетом, что напря-
жение база-эмиттер рабочего транзистора не может превысить 0,7 вольта
3
В.
эк0 э
20 10 27 0,54UIR
Определяем напряжение на базе транзистора
бэбэ
С учетом полного сопротивления делителя напряжения R
0,54 0,66 1,2UUU В.
и R2
1
находим
R
2
RRRR
1122
Из стандартного ряда выбираем: R
E
к
12
( ) 1500 150 1350 Ом.
= 150 Ом; R1 = 1300 Ом.
2
Следует отметить, что сопротивление R
150 Ом;
выбрано в сторону уменьше-
1
RRU
( ) 1500 1,2
12б
ния расчетного значения, так как через него протекает еще и ток базы.
59
Разделительные конденсаторы С1 и С2 выбираются исходя из требуемой амплитудно-частотной характеристики (полосы пропускания)
каскада. Для нормальной работы транзисторных каскадов на частотах
до 1000 Гц необходимо выбирать конденсаторы номиналом не менее
5 мкФ. С учетом вышесказанного выбираем С
= С2 = 10 мкФ.
1
Входное сопротивление усилителя в первом приближении можно
рассчитать как
вх э 21
27 50 1350RRh Ом.
Задача 5
Рассчитать усилительный каскад, работающий в ключевом режиме
(рис. 3.10) у которого в качестве нагрузки выступает контактор типа
КНЕ030 на напряжение 27 В и с сопротивлением катушки 150 Ом, если
Е
= 5В.
1
Решение
Пренебрежем индуктивным характером катушки контактора, считая, что реле будет включено раз и надолго.
Выбираем напряжение насыщения биполярного транзистора
U
= 0,4 В и рассчитываем ток коллектора транзистора:
кэ нас
EU
I
к расч
ккэнас
мА.
R
н
27 0,4
150
180
Величины коллекторного тока и напряжения питания, для выбора
транзистора с учетом коэффициента запаса составят
II
ккрасч
UE
кк
1, 5 1 80 1, 5 27 0 мА;
1, 5 2 7 1, 5 40 В.
По справочнику выбирают транзистор КТ815А, у которого:
U
ние h
= 40 В; I
к доп
= 1,5 А; h21 40.
к доп
Из графика зависимости h
, считая ток эмиттера равным току коллектора: h
21
= f(Iэ) (рис. 3.18, а) определяем значе-
21э
= 60.
21э
Определяем ток базы
б к расч 21э
Из графика зависимости U
I
= 180 мА значение U
к
бэ нас
Задаваясь значением сопротивления R
/180/603II h мА.
= f(Iк) (рис. 3.18, б) определяем при
бэ нас
= 0,78 В.
= 1 кОм, определяем вход-
2
ное сопротивление:
EU
R
1
1 бэ нас
IU R
ббэнас2
/ 3 10 0,78 / 1000
50,78
3
1,1
кОм.
60
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]