Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электроника и схемотехника. Практикум. Учебное пособие
.pdf
Рис. 15. Усреднённые выходные характеристики транзистора
МП111 в схеме с ОЭ
Рис. 16. Усреднённые выходные характеристики транзистора
МП113 в схеме с ОЭ
Рис. 17. Усреднённые входные характеристики транзистора П401
в схеме с ОЭ
21
Рис. 18. Выходные характеристики транзистора П401 в схеме с ОЭ
Практическая работа № 8.
РАСЧЕТ МУЛЬТИВИБРАТОРА НА ТРАНЗИСТОРАХ
Цель работы: изучить основные методы расчёта мульти-
вибратора на транзисторах.
Задача. В качестве исходных данных берут схему симметричного мультивибратора на транзисторах с коллекторнобазовыми связями (рис. 19). При перерисовывании схем нужно
привести в соответствии с вариантом нужный тип транзисторов, а
также показать напряжение нужной полярности у источника питания [8]. Данные для расчёта взять из табл. 11. Найти параметры
схемы и напряжение ЕК.
Дано: Тип транзистора КТ503А. h
U
=8 В, Rн=18 кОм, S
вых
=1,7, f=5,1 кГц.
нас
=40-120, I
21Э
=150 mA,
kmax
22
Рис. 19. Схема мультивибратора
Решение
£
³
£
1. Выписываем исходные данные в соответствии с номером
варианта.
2. Перечерчиваем схему мультивибратора с учётом типа
транзисторов и полярности напряжения питания.
3. Выбираем напряжение питания ЕК в соответствии с фор-
мулой:
2,1 UE ×=
выхK
.
4. Определяем сопротивление резистора RК. При этом
исходим из следующих соображений:
а) для уменьшения шунтирующего действия сопротивления
нагрузки на амплитуду импульсов должно соблюдаться условие
R
0,1RН;
К
б) поскольку в состоянии насыщения через транзистор про-
текает ток, практически равный ЕК/RК, должно соблюдаться условие R
К
18/I
kmax
, где I
- максимально допустимый ток коллек-
kmax
тора транзистора;
в) при малом сопротивлении RК возрастает потребляемая
схемой мощность, поэтому при прочих равных условиях желательно брать по возможности большее значение RК, но при очень
больших RК возрастает температурная нестабильность периода
колебаний T=1/f. Поэтому значение RК должно находиться в пределах 300 Ом£R
3 кОм. На основании изложенных соображе-
К
ний выбираем значение RК, записываем систему неравенств и выбираем оптимальное значение Rк.
5. Действительная амплитуда импульсов на коллекторах
транзисторов равна ЕК-U
кнас
, где U
- остаточное напряжение на
кнас
транзисторе в состоянии насыщения. Обычно для транзисторов
U
=(0,1-0,2) В.
кнас
Рассчитываем действительную амплитуду импульсов, счи-
тая U
=0,2 В. Она должна превышать заданное значение U
кнас
вых
т. к. на нагрузке амплитуда импульсов уменьшается вследствие
шунтирующего действия нагрузки.
Определяем сопротивления резисторов в цепях баз RБ. При
этом исходят из следующих соображений. В состоянии насыщения транзистора через эти резисторы протекает ток базы, практи-
,
23
чески равный ЕК/RБ. Чтобы коэффициент насыщения транзистора
был равен S
ShRRЭ=
, сопротивление резистора берем:
нас
./
нас21kБ
6. Рассчитываем ёмкости конденсаторов С во время запаз-
дывающих цепочках на основании упрощённой формулы для
симметричного мультивибратора:
CRfT ××==
4,1/1
Б
.
7. Оцениваем ёмкость выходного разделительного конден-
сатора СК по формуле:
10
C ³
Т
К
R
Н
.
8. Определяем длительность фронта выходного импульса
на уровне 9 0 % от амплитуды по формуле tф=2,3RKC. Убеждаем-
ся, что
В противном случае нужно уменьшить RК или
.2/фTt <
увеличить RБ.
Таблица 11
Вариант
0 П416Б 90-250
1 МП21Д 60-200 50 8 10 1,3 5,2
2 МП20А 50-150 50 6 12 1,4 8,5
3 П416 20-80 25 5 18 1,7 18
4 ГТ308А 20-25 50 9 15 1,8 21
5 КТ503А 40-120 150 8 18 1,7 5,1
6 ГТ321Г 20-60 200 15 8 1,4 16
7 КТ315А 20-90 100 12 38 1,3 15
8 КТ513Е 50-350 100 8,5 16 1,6 14
9 МП41 30-60 40 7,5 25 1,4 9,0
Тип
транзистора
h
21Э
I
kmax
мА
25
,
U
,ВRн,
вых
кОм
6 30 1,3 28
S
нас
fн,
кГц
П р и м е ч а н и е. Обучающийся выполняет вариант, соответствующий последней цифре номера его зачётной книжки.
24
Практическая работа № 9.
ГРАФОАНАЛИТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ОДНОКАСКАДНОГО
УСИЛИТЕЛЯ НА БИПОЛЯРНОМ ТРАНЗИСТОРЕ
Цель работы: получить навыки графоаналитического ана-
лиза однокаскадного усилителя на биполярном транзисторе с
общим эмиттером.
Задача. Провести согласно табл. 12 и варианту графоанали-
тический расчёт однокаскадного усилителя на биполярном транзисторе, используя схемы рис. 22, входные и выходные характеристики рис. 6-18. Недостающие данные можно взять из справочника [6].
Таблица 12
Вари-
Тип транзи-
ант
1 МП42А Рис. 22 Рис. 6 Рис. 8
2 МП39 Рис. 22 Рис. 6 Рис. 9
3 МП41
4 МП113
5 МП111
6 МП39Б
7 МП36А
8 П401
9 МП41А
0 МП25 Рис. 22 Рис. 11 Рис. 12
стора
Схема
Рис. 22
Рис. 22
Рис. 22
Рис. 22
Рис. 22
Рис. 22
Рис. 22
Характеристики транзистора
Вход-
ные
Рис. 6 Рис. 7
Рис. 14 Рис.16
Рис.14 Рис. 15
Рис. 6 Рис. 7
Рис. 11 Рис. 13
Рис. 17 Рис. 18
Рис. 6 Рис. 10
Выходные
Анализ работы усилителя проводят по входным и выходным характеристикам, являющимся одним из эффективных
средств анализа нелинейных цепей [9]. На выходные характеристики транзистора (рис. 20, а, б), которые приводятся в справочниках, наносят динамическую характеристику, устанавливающую связь между токами и напряжениями транзистора при наличии сопротивления нагрузки. Применяя второй закон Кирхгофа
для коллекторной цепи схемы, можно записать:
25
IRUE -= ,
<
KKКЭK
откуда
IREU
-= .
K
KKКЭ
Это уравнение называют уравнением динамического режима [9]. Оно представляет собой уравнение прямой. Задаваясь
ЭДС источника питания ЕК и сопротивлением нагрузки RK, по
двум точкам, отсекаемым прямой по осям координат выходных
характеристик, при IK=0, UКЭ=ЕК и при UКЭ=0, IK=EK/RK, проводят
прямую CD, называемую линией нагрузки по постоянному току.
Затем на ней выбирают рабочий участок АВ. При выборе рабоче-
го участка необходимо следить за тем, чтобы максимальные
U
КЭmax
и I
и минимальные U
Kmax
КЭmin
и I
не выходили из рабо-
Kmin
чей области, границы которой на рис. 21 ограничены штриховкой. Верхние границы рабочей области не должны превышать
допустимых значений U
Кдоп
, I
Kдоп
и Р
, которые приводятся в
доп
справочниках и имеют различные значения для каждого типа
транзисторов. Нижние границы рабочей области определяются
по токам входных (рис. 20) и выходных (рис. 21) характеристик, в
которых нарушается линейность. Например, для транзистора
средней мощности типа КТ нижняя граница на выходной характеристике соответствует I
ках соответственно I
Kmin
=2 мА, а на выходных характеристи-
Бmin
=150 мА. Нижняя граница по напряже-
нию выбирается по точкам, в которых нарушается линейная зависимость между током и напряжением U
нии OG. Верхние границы для выбранного транзистора I
(горизонталь EF); U
=18 В (вертикаль МН); Р
Кдоп
. Она проходит по ли-
Кmin
=650 мА
Kдоп
= 6 Вт
доп
(линия FH).
Рабочую точку О выбирают таким образом, чтобы она находилась на середине линейных участков входной (рис. 20) и выходной (рис. 21) характеристик. При этом учитывают режим, в
котором должен работать электронный прибор и требуемый коэффициент усиления каскада. Рассеиваемые на приборе токи и
мощности при этом не должны превышать предельно допусти-
мых значений: <+
UU U
m0
; <+
доп
II I
m0
доп
;
IU P
00
. (*)
доп
26
а
¢
б
Рис. 20. Характеристики биполярного транзистора: а - входная;
б - минимальные и максимальные значения входных напряжений
Результаты выбора рабочей точки должны удовлетворять
выражениям (*), а коэффициент нелинейных искажений не дол-
жен превышать 5 %.
В режиме покоя входной сигнал отсутствует, Uвх=0. Транзистор VT (рис. 22) и его состояние характеризуется параметрами точ-
ки О на выходных характеристиках: ток коллектора равен I
KO
(рис. 21), а напряжение коллектор-эмиттер UKO. В этот режим транзистор можно ввести, создав на его базе ток IБO. Обеспечить такой
ток базы в режиме покоя транзистора возможно при помощи делителя напряжения R1, R2, создав напряжение смещения на его переходе база-эмиттер величиной UБO (рис. 23). Необходимое напряжение
смещения достигается напряжением U2 на резисторе R2 делителя
при прохождении тока через последовательно соединённые резисторы R1, R2 от источника питания +ЕК (рис. 22). Подбором сопротивлений резисторов R1, R2 можно установить необходимый ток базы IБO в режиме покоя транзистора, соответствующий точкам О и
на выходных и входных характеристиках.
О
27
Рис. 21. Графоаналитический расчёт режима усиления
×
×
транзистора при помощи входных и выходных характеристик
Величину сопротивлений делителя определяем из следующих условий:
E
12
R == ;
R
R
K
1
I
Э
= ;
2
-
=
12
+
R
Э
RR
121
RR
121
RR
21
RR
21
12
K
R
I
Э
KO
,
×-³
)128( R
»
вх
R
E
R
где R12 – суммарное сопротивление делителя; RЭ – сопротивление
в цепи эмиттера;
R - входное сопротивление каскада перемен-
»вх
ному току.
28
Рис. 22. Однокаскадные усилители напряжения по схеме с общим эмит-
×
-
-
350
786
×
тером на транзисторах: а – p-n-p - типа; б - n – p –n - типа
Для транзистора (рис. 20, 21):
2
U
вхm
R
вх
»
==
2
I
бm
35,02
-
10102
××
Ом.
35
=
3
По второму закону Кирхгофа при ЭДС источника питания
Е
=16 В:
К
UE
=
R
K
I
KO
=
R
Б
R
КОБ
UE
I
БO
E
K
I
КO
9
KOK
35,0
16
35,0
7,15
=
106
×
===
БOK
KКОБK
Ом;
7,25
==
кОм;
6,2
=
3
-
Ом;
7,45
Ом.
207,257,45
=-=-= RRR
Принимая R12=10 Rвх=350 Ом, определяем значения сопротивлений делителя:
1
2
+
=R
-
16
=
R
350
20
060350
),,(
350786
=
630
786
=
Ом.
Ом,
В режиме усиления на вход усилителя подаётся слабый сигнал синусоидальной формы
=
вхmвх
(рис. 23). Следователь-
tωUU sin
но, напряжение UБЭ будет изменяться также по синусоидальному
закону (рис. 20). При этом амплитудные значения напряжения
29
U
А
¢
В
¢
ограничиваются точками
бэm
,
на линейной части характеристики, что исключает нелинейные искажения сигнала iБ, который в этом случае также будет синусоидальным.
Изменяющийся по синусоиде ток базы управляет режимом
работы транзистора в активной области. При уменьшении результирующего тока базы iБ от t1 до t2 (рис. 23, г) транзистор закрывается и его режим характеризуется перемещением рабочей
точки по нагрузочной прямой в положение В (рис. 21), которое
соответствует отрицательной полуволне тока базы iБ (момент
времени t2).
Приоткрывание транзистора вызывает увеличение тока
коллектора и уменьшение напряжения UКЭ. Напряжение UКЭ по
форме соответствует форме входного сигнала, но усиленного за
счёт источника питания ЕК. Однако UКЭ содержит постоянную
составляющую напряжения UКО, которая отсутствует во входном
сигнале. Для ее исключения применяют разделительный конденсатор С2, который не пропускает постоянную составляющую напряжения UКО. В результате переменная составляющая выходного напряжения равна по величине и противоположна по фазе па-
дению напряжения на резисторе RК (рис. 23, е):
iRU -= .
ККвых
а
в
д
Рис. 23. Временные диаграммы токов и напряжений: а, б – режим
покоя при Uвх=0; в - г – режим усиления входного сигнала
30
г
б
е
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]