Задания для выполнения

2) принимаем Iдел = (2, …, 5) Iб0 и определяем значения сопротивления:

Значения емкости конденсаторов при частотной полосе входного сигнала в пределах fн = 100 Гц, fв = 10000 Гц:

в цепи эмиттера –

разделительная емкость на входе и выходе каскада –

где Cэ, Cр1 и Cр2 – в микрофарадах.

Определение параметров усилительного каскада. Входное и выходное соп-

ротивления каскада определяем следующим образом:

Коэффициенты усиления каскада без дополнительной внешней нагрузки, а также без учета внутреннего сопротивления источника входного сигнала имеют вид:

по мощности –

где = Rэ / (Rб + Rэ).

По окончании расчетов и графических построений формулируем выводы по полученным результатам.

2.2. Задание для расчета транзисторного усилительного каскада

Ц е л ь р а б о т ы по этому разделу: провести графоаналитическое исследование режима работы транзистора в классе усиления А и определить основные параметры транзисторного усилительного каскада в схеме с общим эмиттером при одном источнике питания Eк с автоматическим смещением и эмиттерной стабилизацией рабочего режима.

В процессе выполнения задания необходимо определить: положение рабочей точки покоя и соответствующие ей значения токов Iб0, Iк0, Iэ0 и

напряжений Uбэ0, Uкэ0; диапазон изменения входного ± Um вх и выходного ± Um

вых напряжения; значения сопротивлений резисторов R1, R2, Rэ, Rк и емкости конденсаторов Cэ, Cр1 и Cр2; параметры усилительного транзисторного каскада:

входное Rкаск вх и выходное Rкаск вых сопротивления, коэффициенты усиления по току KI, напряжению KU и мощности KP, полезную выходную мощность и мощность, затраченную источником, КПД усилительного каскада.

Тип биполярного транзистора для усилительного каскада необходимо выбрать по номеру своего варианта из табл. 2.1. Там же приведены предельно допустимые значения токов напряжений и мощности и вторичные параметры для схемы включения транзистора с общей базой (hб-параметры транзисторов).

Т а б л и ц а 2.1

Выбор типа биполярного транзистора

Т а б л и ц а 2.2

Выбор напряжения источника питания

обозначенной рабочей области (см. рис. 2.3). Точку В выбираем на пересечении нагрузочной и выходной характеристик при Iб = 0,4 мА, так как этим значением тока базы можно ограничить линейный участок на входных характеристиках транзистора (см. рис. 2.2), чтобы обеспечить минимальные нелинейные искажения сигналов для класса усиления А. Положение точки рабочего режима (точки покоя) Рт выбираем на середине участка АВ. В соответствии с масштабом величин по осям характеристик заносим параметры рабочего режима по входным и выходным характеристикам в табл. 2.4.

Таб ли ца 2.4 Параметры рабочего режима транзисторного усилительного каскада

Характеристики каскада

Определяем ток эмиттера

Iэ0 = Iб0+Iк0,

Iэ0 = 0,85∙10-3 + 29∙10-3 = 29,85∙10-3 А.

Строим временные диаграммы входных и выходных сигналов по току и по напряжению в одном масштабе времени на входных и выходных характеристиках транзистора (см. рис. 2.2 и 2.3). По результатам построения делаем вывод о том, что полупериоды сигналов симметричны, форма сигналов близка к синусоидальной, следовательно, нелинейные искажения будут минимальными. Если картина получается иная, отмечаем это в выводах.

Определяем h-параметры транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером (ОЭ):

h11э = h11б / (1 + h21б),

h11э = 35 / (1 – 0,97) = 1167 Ом;

h12э = (h11бh22б – h12бh21б – h12б) / (1 + h21б),

Uкэ max

t

Рис. 2.3. Определение параметров рабочего режима по выходным характеристикам для примера расчета

Полученные значения рассчитанных параметров заносим в табл. 2.5.

Таблица 2.5

Значения вторичных параметров транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером

Сопротивление резистора температурной стабилизации в цепи эмиттера (уточняем по номинальным значениям)

Rэ = (0,2, …, 0,3) Eк / Iэ0,

Rэ = 0,25∙12 / 29,85∙10-3 = 100,5 ≈ 100 Ом.

Принимаем

Iдел = 3,5Iб0,

Iдел = 3,5∙0,85∙10-3 = 2,975∙10-3 А.

Сопротивление делителя напряжения (уточняем по ряду номинальных значений)

R1 = (Iэ0Rэ + Uбэ0) / Iдел,

R1 = (29,85∙10-3∙100 + 0,305) / 2,975∙10-3 = 1110,9 ≈ 1100 Ом;

R2 = (Eк – IделR1) / (Iдел + Iб0);

R2 = (12 – 2,975∙10-3∙1100) / ( 2,975∙10-3 + 0,852,975∙10-3) = 2273 ≈ 2200 Ом.

Сопротивление в цепи коллектора (уточняем по ряду номинальных значений)

Rк = (Eк – Uкэ0 – Iэ0Rэ) / Iк0,

Rк = (12 – 4,4 – 29,85∙10-3∙100,5) / 29∙10-3 = 159,138 ≈ 160 Ом.

Эквивалентное сопротивление базовой цепи для переменной составляющей входного тока

Rб = R1R2 / (R1+R2),

Rб = 1100∙2200 / (1100 + 2200) = 742,2 Ом.

Значение емкости конденсатора в цепи эмиттера (уточняем по ряду номинальных значений)

Cэ = 107 / [(1,5)2fнRэ],

Cэ = 107 / (1,5∙ 2 ∙100∙100) = 106,2 ≈ 110 мкФ.

Входное сопротивление усилительного каскада

Rкаск вх = Rбrвх транз / (Rб + rвх транз),

Rкаск вх = 742,2∙1167 / (742,2 + 1167) = 453,7 Ом.

Разделительная емкость на входе и выходе усилительного каскада (уточняем по ряду номинальных значений)

Cр1 = Cр2 = 107 / [(1, …, 2)2fнRкаск вх],

Cр1 = Cр2 = 107 / (1,5∙2 ∙100∙453,7) = 23,4 ≈ 22 мкФ.

Данные расчета заносим в табл. 2.6.

Таблица 2.6

Параметры элементов схемы усилительного каскада

Определяем параметры усилительного каскада. Выходное сопротивление усилительного каскада

Rкаск вых = Rк / (1 + h22эRк),

Rкаск вых = 160 / (1 + 3,3∙10-5∙160) = 159,1 Ом.

Коэффициенты усиления каскада без дополнительной внешней нагрузки, а также без учета внутреннего сопротивления источника входного сигнала:

по току –

KI = Iвых / Iвх ,

KI = 32;

по напряжению –

KU = – (Rк) / Rкаск вх,

KU = – 32∙160 / 453,7 = – 10,89;

по мощности –

KP = KIKU,

KP = 32∙(– 10,89) ≈ – 349.

Полезная выходная мощность каскада

Pвых = 0,5 (Um вых)2 / Rк,

Pвых = 0,5∙(3,2)2 / 160 = 0,032 Вт.

Полная мощность, расходуемая источником питания,

Коэффициент нестабильности каскада по коллекторному току

S 1 + Rб / Rэ,

S 1 + 2221,8 / 100,5 = 23,1.

В ходе выполнения задания определены параметры всех элементов схемы транзисторного усилительного каскада в режиме усиления класса А. При низком КПД (около 14 %) транзисторного усилительного каскада – минимальные нелинейные искажения и достаточные коэффициенты усиления.

Задание №5

3. СИНТЕЗ ЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ

3.1. Общие теоретические сведения

Среди огромного разнообразия электротехнических устройств есть и такие, которые используют не аналоговую форму сигнала (как в выпрямителях, усилителях и т. д.), а цифровую.

Логические (цифровые) схемы составляют основу устройств цифровой (дискретной) обработки информации – вычислительных машин, цифровых измерительных приборов и устройств автоматики. Связи между этими схемами