Контрольная работа 2
Задача № 1
Нарисовать схему одиночного усилительного каскада на БТ с ОЭ и
эмиттерной стабилизацией и выполнить расчет элементов схемы, задающих рабочую точку. Исходные данные для расчета
Тип транзистора КТ3127А, UК0 =6 (В), IК0 =8 (мА)
Выполнить графоаналитический расчет усилительного каскада в режиме
класса «А». При расчетах использовать выходные статические
характеристики транзистора.
Рис 2.1 Схема усилительного каскада
В рассматриваемом каскаде БТ работает в режиме класса «А», и положение рабочей точки задается примерно на середине нагрузочной прямой. Поэтому напряжение источника питания определяется из
условия UИП = 2∙UК0= 12 (В), а напряжение на резисторе RК определяется выражением URК =UИП -UК0= UК0=6 (В). Падение напряжения на резисторе RЭ рекомендуется выбирать из диапазона значений
UЭ = (0.05..0.1)UИП.= (0.6...1.2)=1 (В)
Затем вычисляем сопротивления резисторов
RЭ= UЭ/IЭ= URЭ/IК=1/8(мА)=125 (Ом) и RК =URК/IК =6/8(мА)=750 (Ом).
Для обеспечения хорошей стабилизации рабочей точки ток делителя в
цепи базы должен быть больше тока базы IД =(5..10)IБ . Напряжение на базе БТ определяется как UБ = UБЭ + UЭ . Напряжение UБЭ для германиевых транзисторов лежит в диапазоне 0.2…0.4 В, для кремниевых 0.6…0.8 В.
С учетом связи между токами транзистора IБ = IК /β=80/50=1.6 (мА),
IД =14 (мА).
сопротивления резисторов делителя находим согласно выражениям:
R2 = UБ /IД=0.7/14(мА)=50 (Ом)
R1 =(UИП –UБ)/(IД + IБ)≈(UИП −UБ )/IД =(12-0.7)/14(мА)=807 (Ом)
В результате графоаналитического расчета необходимо определить мак-
симальную величину неискаженного сигнала: амплитуды тока и
напряжения, мощности в нагрузке и КПД каскада.
Графоаналитический расчет усилителя проводится в следующем порядке.
По справочнику определяются его максимально допустимые параметры: постоянный ток коллектора IК max=20 (мА); постоянное напряжение коллектор–эмиттер UКЭmax= -20 (В); постоянная рассеиваемая мощность коллектора PК max=0.1 (Вт).
На семействе выходных характеристик транзистора, как показано на рис. 1.2, строится область допустимых режимов, ограниченная IК max, UКЭmax, PК max.
Выполняется построение нагрузочной прямой, которая описывается
уравнением IК =(UИП −UКЭ)/RК. Прямая проводится через две точки, лежащие на осях координат: точку с координатами
IК =0 , UКЭ =UИП=12 (В) на оси напряжений и точку с координатами
IК =UИП /RК =12/750=16(мА), UКЭ = 0 на оси токов.
Максимальные значения амплитуды полуволн неискаженного сигнала
соответствуют пересечению нагрузочной прямой со статическими характеристиками в точке «С» – режим насыщения и в точке «В» – режим отсечки. Рабочая точка «О» находится на середине нагрузочной прямой.
тогда
Uкm=0.5∙(10-3.8)=3.1 (В), Iкm=0.5∙(11-2.4)=4.3(мА)
Максимальная мощность неискаженного сигнала определяется выраже-
нием: Pкm=0.5·Uкm·Iкm=0.5∙3.1∙4.3=6.67 (мВт)
мощность, потребляемая от источника питания:
P0 = UК0 ⋅IК0=6·8=48 (мВт)
коэффициент полезного действия:
η =Pкm/P0=6.67/48=0.139
Рис 2.2 Графоаналитический расчет параметров усилителя
Задача № 2
Нарисовать схему электронного ключа на БТ с ОЭ и построить его пере-
даточную характеристику Uвых= f (Uвх) . если сопротивление нагрузки
RН = 5RК. Тип транзистора, напряжение питания, сопротивление резистора в цепи коллектора использовать в соответствии с исходными данными и решением задачи № 1. Сопротивление резистора в цепи базы принять равным входному сопротивлению БТ RБ = h11э рассчитанному для рабочей точки задачи № 1
RБ=(R1∙R2)/(R1+R2) =(50∙807)/(50+807)=47 (Ом)
Рис 2.3 схема электронного ключа на БТ
Передаточная характеристика Uвых= f (Uвх)электронного ключа на БТ,
принципиальная схема которого представлена на рис. 2.1, выполняется в следующей последовательности.
Находим параметры эквивалентной схемы ключа, показанной на рис. 2.2:
UИПэкв=UИП·(RH/(RK+RH))=12·(5/6)=10 (B)
RKэкв=(RH· RK)/ (RK+RH)=(5/6)·750=625 (Ом)
На семействе выходных характеристик БТ IК=f( UКЭ) (приIБconst)
проводим нагрузочную прямую (рис. 2.2), описываемую уравнением
IK=(UИПэкв- UКЭ)/RKэкв через две точки, лежащие на осях координат: точку с координатами (IК = 0 ,UКЭ = UИП экв=10 (В)) на оси напряжений и точку с координатами (IK=UИПэкв/RKэкв=16(мА) ,UКЭ = 0) на оси токов.Находим точки пересечения нагрузочной прямой с кривыми, которые определяют токи базы IБiи выходные напряжения ключа Uвых i = UКЭ i (i = 1,..,N), где N – количество таких точек.
соответствующие входные напряжения вычисляются согласно выражению:
Uвх i = UБЭ i - IБi ⋅RБ. RБ=47 (Ом)
Полученные пары значений Uвых i и Uвх i позволяют построить переда-
точную характеристику ключа, представленную на рис. 2.3.
|
№ точки |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
|
Uкэ i,В |
-8,8 |
-8 |
-6,6 |
-6,2 |
-5,4 |
-4,4 |
-3,4 |
|
Iб i ,мА |
0,05 |
0,1 |
0,2 |
0,25 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
|
Uбэ i,В |
-0,7 |
-0,74 |
-0,78 |
-0,79 |
-0,8 |
-0,8 |
-0,8 |
|
Uвх i,В |
-0,702 |
-0,745 |
-0,789 |
-0,802 |
-0,814 |
-0,819 |
0,827 |
Рис. 2.4 Входная и выходная характеристики транзистора.
Рис. 2.5 передаточная характеристика ключа.
Задача № 3
Изобразить принципиальные схемы инвертирующего и неинвертирующе-
го усилителя на основе ОУ и рассчитать для каждого усилителя коэффициент усиления KОС , входное Rвх.ОС и выходное Rвых.ОС сопротивления. Исходные данные
R=10 кОм, RОС=20 кОм, К=40000, RВХ=600 кОм, RВЫХ=0.4 кОм
Изображаем схемы инвертирующего и неинвертирующего усилителей.
Рис 2.6 схемы инвертирующего и неинвертирующего усилителей
В случае идеального ОУ K → ∞ , тогда
В случае реального ОУ коэффициент усиления инвертирующего усилителя определяется выражением
В случае реального ОУ коэффициент усиления неинвертирующего усилителя определяется выражением
Дифференциальное входное сопротивление инвертирующего усилителя
определяется сопротивлением резистора на входе
Rвх.ОС=R=10 (кОм)
Входное сопротивление неинвертирующего усилителя определяется как
входное сопротивление усилителя, охваченного последовательнойотрица-
тельной ОС
Rвх.ОС= Rвх·(1+β⋅K)=600·(1+0.333·40000)=8000600 (кОм)
Выходное сопротивление для обеих схем усилителей определяется как
Rвых.ОС = Rвых./(1+β⋅K)= 400/(1+0.333⋅40000)=0.03(Ом)
Литература