электрон ргр1

Задание №1

Транзистор VT включен в усилительный каскад по схеме с ОЭ. В схеме

рисунка 2.1 используется фиксированное смещение базовым делителем, на схеме  рисунка 2.2 - смещение током базы покоя. Каскад питается от одного источника с напряжением Е_к. Заданы тип транзистора, напряжение источника питания  Е_к  и сопротивление резистора коллекторной нагрузки R_к (см. таблицу 2.1). Тип схемы и диапазон частот усиливаемых колебаний f_н  f_в приведен в таблице 2.2.

Последняя цифра номера зачетной книжки
№ вар.	9
VT	КТ313А
Ек, В	6
Rк, кОм	0,2

Таблица 2.1

Таблица 2.2

Предпоследняя цифра номера зачетной книжки
№ вар.	0
fн, Гц	150
fв, кГц	7
Рисунок	2.1

Требуется:

а) привести заданную схему усилителя;

б) построить сквозную динамическую характеристику (СДХ) усилителя;

в) определить на СДХ начальную рабочую точку;

г) определить смещение  начальной рабочей точки;

д) рассчитать значения элементов цепи смещения;

е) рассчитать разделительную емкость С_Р;

ж) рассчитать коэффициент нелинейных искажений .

Заданный транзистор VT включен в усилительный каскад по схеме с ОЭ (см. рисунок 2.1). Каскад питается от одного источника с напряжением Е_к. Для подачи смещения в цепь базы используется делитель напряжения R₁, R₂. Имеет место фиксированное смещение от базового делителя.

Характеристики транзистора берутся из справочника.

При работе транзистора с коллекторной нагрузкой R_К связь между коллекторным током I_К  и напряжением на коллекторе U_К  выражается уравнением нагрузочной характеристики

Особенностью динамического режима, в отличие от статического, является то, что изменение одного параметра влечет за собой изменение другого. При увеличении I_б увеличивается ток коллектора I_К и падение напряжения на  U_Rк. Ток коллектора одновременно зависит от U_б  и U_к. Поэтому нельзя использовать статические характеристики. Для анализа усилителя обычно используются выходные и сквозные динамические характеристики.

Построим сквозную динамическую характеристику.

Для этого строим на выходных статических характеристиках данного транзистора линию нагрузки (1-ый квадрант графика на рисунке 3.1) по полному уравнению цепи (или по уравнению нагрузочной линии) .

При I_к= 0, U_кэ = Е_к=6 В‑ первая точка линии нагрузки,

при U_кэ= 0, I_к = - вторая точка. Соединяем их.

Нагрузочная характеристика представляет прямую линию на семействе выходных характеристик транзистора, пересекающуюся с осями координат в точках Е_к/R_к и Е_к. Характеристика включает в себя информацию о типе транзистора, заданных значениях , .  

Далее строим переходную динамическую характеристику: , соединяя точки пересечения токов базы по вертикали с токами коллектора по горизонтали (второй квадрант графика на рисунке 1).

На рисунке 3.2 приведена динамическая входная характеристика  (пунктирная кривая), которая построена на основе статической  (контурная кривая на рисунке 3.2) по уравнению  при заданных токах базы. Значение R_г выбирается от 100 ом до 1 килоома.

Рисунок 2

Строим сквозную динамическую характеристику  (см. рисунок 3 в первом квадранте), используя  динамическую передаточную характеристику (второй квадрант), входную динамическую характеристику (третий квадрант) путем переноса точек пересечения в первый квадрант.

В результате получаем S-образную сквозную динамическую характеристику (третий квадрант), которая содержит информацию о типе транзистора, о напряжении коллекторного питания Е_к, коллекторной нагрузке , о входном сигнале е_г и внутреннем сопротивлении источника сигнала R_г.

 Рисунок 3

На рисунке 4 приведена сквозная динамическая характеристика, полученная на рисунке 3. Выбираем начальную рабочую точку в классе усиления А. Для этого ограничиваем линейный участок (точки  M и N) и находим его середину (точка А). Определяем смещение начальной рабочей точки Е_см. Затем определяем значение сигнала на входе. Очевидно, что сигнал на входе не должен выходить за пределы участка MN.

 Рисунок 4

Рассчитаем элементы смещения рабочей точки.

Потенциал базы жестко фиксируется делителем R₁, R₂ (см. рисунок 2.1). Ток течет от E_к через базовый делитель. Падение напряжения на R₂ создает смещение на базу . Чтобы ток делителя не зависел от тока базы покоя должно выполняться условие . Для выполнения этого условия надо уменьшать R₁, R₂, но при этом растет потребление энергии от E_к, падает кпд и падает входное сопротивление усилителя, а оно итак мало.

Поэтому выбирается;  при этом . Ток базы покоя . Ток коллектора покоя I_кп показан на рисунке 3.4,                        -коэффициент передачи тока базы в цепь коллектора, берется из справочника по транзисторам.

Емкость разделительного конденсатора С_р определяется из условия

 где _н – низшая рабочая частота;

С_Р ==

Рассчитаем коэффициент нелинейных искажений.  На практике используется приближенный метод расчета нелинейных искажений – метод Клина (метод пяти ординат). Нелинейные искажения вносятся как входной цепью, так и выходной. Используется сквозная динамическая характеристика (см. рисунок 5).

Рассчитаем коэффициент нелинейных искажений.  На практике используется приближенный метод расчета нелинейных искажений – метод Клина (метод пяти ординат). Нелинейные искажения вносятся как входной цепью, так и выходной. Используется сквозная динамическая характеристика (см. рисунок 5).

Рисунок 5

Далее определяется коэффициент нелинейных искажений ν по формулам:

a=14*, b=13*, c=12*

– коэффициент искажений по 2-ой гармонике;

 – коэффициент искажений по 3-ей гармонике;

,

Задание №2

Дана схема  дифференциального усилителя (ДУ) на биполярных транзисторах VT с генератором стабильного тока (ГСТ), несимметричным входом (см. рисунок 2.3). Э.д.с. входного сигнала E_г, сопротивление R_г (см. таблицу 2.3). Требуемый коэффициент усиления K_Uд, входное сопротивление R_вх (см. таблицу 2.4). Выбрать значения напряжения источников питания E_к1 и E_э2, рассчитать элементы схемы и величину коэффициента ослабления синфазного сигнала K_ос.сф.

Рисунок 2.3

Т а б л и ц а 2.3-4

Последняя цифра номера зачетной книжки
№ вар.	9
Тип VT	КТ379Б
Ег, мВ	9
Rг, кОм	1,5

Предпоследняя цифра номера зачетной книжки
№ вар.	0
Кu	22
Rвх, кОм	6

Расчет дифференциального усилителя

Заданы транзисторы КТ313А, обеспечивающие малую величину дрейфа ДУ и имеющие малый тепловой ток и достаточно высокий коэффициент . Допустимое напряжение U_кэ.max  10В. Следовательно, Е_к1=Е_к2  7,5 В. Амплитуда выходного напряжения U_вых=К_UдЕ_г=22 ·9=198 мB может быть обеспечена при Е_к1=Е_к2=6,3B. Меньшие значения Е_к затрудняют построение ГСТ.

При использовании двух источников питания +Е_к1 и –Е_э2 в схеме ДУ по рисунку 2.3 потенциал эмиттеров транзисторов VТ₁, VТ₂ в режиме покоя можно принять равным нулю. Это связано с тем, что падение напряжения в цепях баз транзисторов VТ₁, VТ₂ от тока покоя _б01R_г очень мало при малых входных токах и, следовательно, база транзистора может считаться заземленной по постоянному току. Тогда потенциал эмиттера отличается от потенциала земли на величину U_бэ01 = U_бэ02= 0,5÷0,7 В для кремниевых транзисторов. Поэтому в первом приближении можно считать, что напряжение нижнего источника (-Е_э2) приложено к ГСТ, а верхнего (+Е_к1) - к транзисторам VТ₁ ,VТ₂ и резисторам R_к.

Выбираем для транзисторов VT₁ и VT₂ начальную рабочую точку с U_кэ0 = 3В, I_к0=1мА, U_бэ0 =0,45 В. Тогда номинал резистора R_к составляет

R_к=.

В выбранном режиме h_11э=2кОм, =35,тогда

.

Для увеличения R_вх и выравнивания токов транзисторов VT₁ и VТ₂ введем резисторы R_э, вносящие местную отрицательную обратную связь (ООС) по току транзисторов. Обычно R_э выбирают порядка десятков или сотен ом.

Полагаем R_э =40 Ом, тогда

R_вх.д =6[()]=6[2*]=16.32 кОм

Для уменьшения токовой составляющей погрешности ДУ в базовую цепь транзистора VT₂ включаем резистор R_б=R_г. Проверим, обеспечивает ли ДУ требуемое значение К_Uд. При несимметричном выходе и R_н = 

К_Uд=,

что незначительно нехватает к требуемой величине.

Рассчитаем ГСТ, для чего вначале определим потенциал коллектора транзистора VТ₃ относительно общей шины

Следовательно, падение напряжения на транзисторе VТ₃ и резисторе R₃ составит

Е_э2–U_к3=6,3–0,51=5,79 В.

При работе ДУ для нормального функционирования транзистора VT₃ в ГСТ необходимо выполнение неравенств

U_кб  0  и U_кб3 U_{кэ нас.}

Выберем потенциал базы транзистора VТ₃ относительно общей шины

U_б3 = –4,5 В, что обеспечит U_кб3  4В. тогда падение напряжения U на резисторе R₄ и диоде VД

U = E_э2 – U_б3=6,3–4,5=1.8 В.

Падение напряжения на резисторе R₃

U_R3=U – U_бэ03=1,32–0,5=0,82 В.

Здесь U_бэ03=0,5 В при I_к03=I_к01= I_к02=2мА. Тогда сопротивление резистора R₃

R₃=U_R3/I_к03=0,82/2=0,41 кОм;

Выберем ток делителя R₄ ,R₅, равным коллекторному току транзистора VТ₃, т.е. I_дел =2 мА. Тогда:

R₅= (Е_к2 –U)/I_дел=4,98/2=2,49 кОм.

Для определения номинала резистора R₄ необходимо прежде выбрать диод VД. Целесообразно в качестве диода применить транзистор КТ307Б в диодном включении, что обеспечит хорошую температурную компенсацию изменения U_бэ транзистора VТ₃ вследствие одинаковых ТКН диода и транзистора VT₃. По входной характеристике транзистора КТ307Б при I_э=2мА величина U_д = U_бэ0 =0,5В и поэтому

кОм.

Рассчитаем коэффициент усиления синфазного сигнала К_{u сф несим} при несимметричном выходе ДУ, имея в виду, что вместо резистора R_э в схеме ДУ с ГСТ следует учитывать сопротивление R_вых3 транзистора VТ₃ c введенной отрицательной обратной связью по току через резистор R₃.

 где

.

При значениях сопротивлений элементов:

;        R₃ = 410 Oм;

;   r_б3 = 100 Ом и

R₄||R₅=2,49||0,41=0,505 кОм     R_вых3  будет равно

R_вых3=кОм.

Тогда коэффициент усиления синфазного сигнала

К_{U сф несим}=,

и коэффициент ослабления синфазного сигнала

К_ос.сф=

Литература

1. Работы учебные. Фирменный стандарт ФС РК 10352-1910-У-е-001-2002. Общие требования к построению, изложению, оформлению и содержанию. – Алматы: АИЭС, 2002. – 31 с.

2. Головатенко-Абрамова М.П., Лапидес А.М. Задачи по электронике. – М.: Энергоатомиздат, 1992. – 112 с.

3. Расчет электронных схем. Учебное пособие для вузов. /Г.И.Изъюрова и др. – М.: Высшая школа, 1987.‑335 с.

4. Жолшараева Т.М. Микроэлектроника. Полупроводниковые приборы: Учебное пособие. ‑ Алматы: АИЭС, 2006. – 79 с.

5. Нефедов А.В. Транзисторы для бытовой, промышленной и спе-циальной аппаратуры: Справочное пособие. – М.: Солон-Пресс, 2006. – 600 с.

6. Транзисторы для аппаратуры широкого применения: Справочник. /Под редакцией Б.Л.Перельмана. – М.: Радио и связь, 1982. – 656 с.

7. Перельман Б.Л. Полупроводниковые приборы. Справочник. – М.: «СОЛОН», «МИКРОТЕХ», 1996. – 176 с.

8. Жолшараева Т.М.. Схемотехника 1. Конспект лекций для студентов всех форм обучения специальности 050704 –Вычислительная техника и программное обеспечение. – Алматы: АИЭС, 2008. – 50 с.