КР по ОРЭл. Контрольная работа по дисциплине Основы радиоэлектроники Минск 2017 Задание 1

• Название: Контрольная работа по дисциплине Основы радиоэлектроники Минск 2017 Задание 1
• Дата: 08.05.2018
• Размер: 363.21 Kb.
• Имя файла: КР по ОРЭл.docx
• Тип: Контрольная работа; #43114

Министерство образования Республики Беларусь
Учреждение образования

БелорусскиЙ государственный университет

информатики и радиоэлектроники

Факультет заочного обучения

Кафедра электроники

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
по дисциплине

«Основы радиоэлектроники»


Минск 2017
Задание 1

Пользуясь справочными данными, привести семейство входных и выходных характеристик БТ с ОЭ. В качестве независимых переменных использовать входное и выходное напряжение. Тип транзистора для шифра 20: КТ315. Пояснить поведение входных и выходных характеристик транзистора. По справочнику установить максимально допустимые параметры БТ: постоянный ток коллектора напряжение коллектор-эмиттер , мощность, рассеиваемую коллектором транзистора . На семейство выходных характеристик нанести границы области допустимых режимов работы.

Задаться положением рабочей точки и, пользуясь характеристиками, рассчитать для нее значения h-параметров БТ. На основании полученных числовых значений параметров рассчитать параметры Т-образной эквивалентной схемы транзистора и изобразить ее.
Семейства входных и выходных характеристик транзистора КТ315 приведены на рисунке 1.

1. 
   б)
   

Рис. 1 Семейства входных a) и выходных характеристик б) транзистора КТ315.

Выпишем из справочника предельные параметры для транзистора КТ315:

;

мА;

Вт.

Кривая предельно допустимой мощности описывается формулой

А.

Исходя из данных значений нанесём кривую допустимой мощности и определим область безопасных режимов работы (рис. 1, б).

Зададим рабочую точку и рассчитаем для нее h-параметры.

Рабочая точка должна располагаться на линейном участке ВАХ, при этом токи и напряжения в режиме усиления гармонического сигнала не должны превышать максимально допустимые. Выберем ток базы мА, В. Тогда по входной характеристике для В находим напряжение смещения базы В.

Для определения h-параметров воспользуемся семействами входных и выходных характеристик для схемы с ОЭ.

Произведем приращения токов и напряжений и найдем параметры и :

Ом;

;

В точке А’, соответствующей точке А на выходных характеристиках определим параметры и :

;

См;

Рассчитаем параметры Т-образной эквивалентной схемы транзистора:



Рис. 2

Дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода:

Ом;

Ом;

Статический коэффициент передачи по току БТ для включения с ОЭ равен ;

Сопротивление r_б равно

Ом;

Задание 2

Рассчитать модуль и фазу коэффициента передачи по току БТ в схеме с ОЭ на частоте . В качестве исходных данных использовать заданные для шифра 20 значения предельной частоты передачи по току в схеме с ОБ МГц, статический коэффициент передачи по току в схеме с ОБ и частоты кГц.
На высоких частотах возникает фазовый сдвиг между входным и выходным токами БТ, обусловленный конечным временем пролёта носителей от эмиттера к коллектору и наличием ёмкостей переходов БТ. Это приводит к комплексному характеру коэффициентов передачи по току и их частотной зависимости
и
Необходимо уяснить понятие предельной частоты коэффициента передачи по току БТ для схемы включения с ОБ и ОЭ. Частотные зависимости модуля и фазы коэффициентов передачи по току характеризуются выражениями:
; ;

; ,
где α, β – статические коэффициенты передачи по току БТ для включения с ОБ и ОЭ, соответственно;

, – предельные частоты коэффициентов передачи по току для схемы с ОБ и ОЭ, соответственно.

Причём связь между этими частотами определяется выражением
.

Используя выражения для преобразования h-параметров для различных схем включения транзисторов, определим статический коэффициент передачи по току для включения с ОЭ:



_{Тогда предельная частота коэффициента передачи по току для включения с ОЭ:}

кГц;

Модуль коэффициента передачи по току в схеме с ОЭ:



Фаза коэффициента передачи по току в схеме с ОЭ:


Задание 3

Нарисовать схему одиночного усилительного каскада на БТ с ОЭ и эмиттерной стабилизацией и выполнить расчет элементов схемы, задающих рабочую точку.

Выполнить графоаналитический расчет усилительного каскада в режиме класса “А”. При расчетах использовать выходные статические характеристики транзистора. Значения для 20 шифра: транзистор КТ315;

U_K0 = 6 В; I_К0 = 8 мА.
Расчет элементов схемы одиночного усилительного каскада на БТ с ОЭ и эмиттерной стабилизацией, принципиальная схема которого приведена на рис 3, выполняется в следующей последовательности.



Рис 3.

• 
  рассматриваемом каскаде БТ работает в режиме “А”, и положение рабочей точки задается примерно на середине нагрузочной прямой. Поэтому напряжение источника питания определяется из условия
  

U_ИП = 2U_К0 = 6·2 = 12(B)

а напряжение на резисторе R_Kопределяется выражением

U_Rк= U_ИП- U_K0= U_K0=6(B).
Падение напряжение на резисторе R_Э рекомендуется выбирать из диапазона значений U_Э = (0,05...0,1)U_ИП.

U_Э=0,07·U_ИП=0,07·12=0,84(B)
Вычисляем сопротивление резисторов:

Ом;

Ом;
Напряжение U_БЭ для кремниевых транзисторов лежит в диапазоне 0,6…0,8 В. Принимаем U_БЭ = 0,7(B).

Напряжение на базе определяется как

U_Б= U_БЭ+ U_Э=0,7 + 0,84=1,54(B)

• 
  учетом связи между токами транзистора , найдем ток базы:
  

мА;
Для обеспечения хорошей стабилизации рабочей точки ток делителя в цепи базы должен быть больше тока базы I_Д = (5...10)I_Б.

Принимаем I _Д = 10·I _Б = 10·0,296·10^-3 = 2,96(мА)
Сопротивления резисторов делителя находим согласно выражениям:

Ом;

Ом;
Графоаналитический расчет усилителя проводим в следующем порядке. По справочнику определяем его максимально допустимые параметры:

• 
  постоянный ток коллектора I_Kmax = 100 мА;
  
• 
  постоянное напряжение коллектор-эмиттер U_{KЭ max} = 25 В ;
  
• 
  постоянная рассеиваемая мощность коллектора P_Kmax = I_KU_KЭ =0,15 Вт.
  

На семействе выходных характеристик транзистора, как показано на

рис 2.2, строим область допустимых режимов, ограниченную I_Kmax, U_KЭmax, P_{K max}.

Выполняем построение нагрузочной прямой, которая описывается уравнением I_K = (U_ИП =U_КЭ) /R_K.

Прямая проводится через две точки,лежащие на осях координат:

- точку с координатами I_K = 0, U_КЭ = U_ИП = 12 В на оси напряжений;

- точку с координатами I_K = U_ИП /R_К = 12/750 = 16 мА, U_КЭ = 0.
Максимальные значения амплитуды полуволн неискаженного сигнала соответствуют пересечению нагрузочной прямой с статическими характеристиками в точке “C” – режим насыщения и в точке “В” – режим отсечки.




Рис. 4
Рабочая точка “O” находится на середине нагрузочной прямой, тогда

В;

мА;
Максимальная мощность неискаженного сигнала определяется выражением:

Вт;

Мощность, потребляемая от источника питания:

Вт;

Вт;
Тогда коэффициент полезного действия:
.

Задание 4
Нарисовать схему электронного ключа на БТ с ОЭ и построить его передаточную характеристику U_вых=f (U_вх ) . Если сопротивление нагрузки

R_H= 5R_K . Тип транзистора, напряжение питания сопротивление резистора в цепи коллектора использовать в соответствии с исходными данными и решением задачи №1. Сопротивление резистора вцепи базы принять равным входному сопротивлению БТ R_Б=h_11Э рассчитанному для рабочей точки.
Передаточная характеристика U_вых = f (U_вх) электронного ключа на БТ, принципиальная схема которого представлена на рис 5, выполняется в следующей последовательности.

Находим параметры эквивалентной схемы ключа, показанной на рис. 6:

Ом;

В;

Ом;







Рис. 5 Рис. 6
На семействе выходных характеристик БТ I_K= f (U_KЭ)|_IБ=const проводим нагрузочную прямую (рис. 7, а), описываемую уравнением через две точки, лежащие на осях координат:

- точку с координатами I_K = 0, U_КЭ = U_ИПэкв = 10 В на оси напряжений;

- точку с координатами I_K = U_ИПэкв/R_Кэкв = 10/625 = 0,016 А, U_КЭ = 0 на оси токов.

Находим точки пересечения нагрузочной прямой с кривыми

I_K=f(U_KЭ)|_IБ=const

которые определяют токи базы I_Бi и выходные напряжения ключа

U_выхi = U _КЭi ( i = 1,..., N ), где N – количество таких точек.

Входная ВАХ БТ I_Б = f(U_БЭ) _UКЭ=const, соответствующая U _КЭ = 0, позволяет найти напряжения U_БЭi, соответствующие выходным напряжениям U_выхi, как показано на рисунке 2.6. В качестве напряжения U_БЭ1, соответствующего I_Б = 0, используют пороговое напряжение U_БЭпор , которое определяется напряжением точки пересечения прямой, аппроксимирующей входную ВАХ при больших значениях тока базы, с осью абсцисс (рис 7). Тогда соответствующие входные напряжения вычисляются согласно выражению:



Ом;

Получаем

№	IБ, мА	UБЭ, В	Uвых(UКЭ), В	Uвх, В
1	0	0,58	10,72	0,58
2	0,1	0,59	9,32	15
3	0,15	0,6	4,26	22,35
4	0,2	0,67	1,44	29,67

Полученные пары значений U_выхi и U_вхi позволяют построить передаточную характеристику ключа, представленную на рис. 8. Высокий выходной уровень U_вых¹ соответствует работе БТ в режиме отсечки (точка “1”):



Низкий выходной уровень соответствует работе в режиме насыщения (точка “8”): .



Рис. 7

Рис. 7

На передаточной характеристике ключа имеется три области: отсечки, соответствующая малым уровням входного напряжения; активная область, соответствующая переключению БТ из режима отсечки в режим насыщения и наоборот; область насыщения, соответствующая большим уровням входного напряжения.
Задание 5
Изобразить принципиальные схемы инвертирующего и неинвертирующего усилителя на основе ОУ и рассчитать для каждого усилителя коэффициент усиления K_OC,входное R_вх.ОСи выходное R_вых.ОСсопротивление. Значения для 20 шифра: R = 10 кОм; R_OC = 100 кОм; К = 40000; R_вх =600 кОм;

R_вых =0,4 кОм.
Параметры инвертирующего и неинвертирующего усилителей практически полностью определяются элементами цепи обратной связи. Схемы инвертирующего и неинвертирующего усилителей на основе ОУ приведены на рис. 8 и 9 соответственно.





Рис 8 Рис 9

Коэффициент усиления по напряжению усилителя, охваченного петлей отрицательной ОС, можно рассчитать по формуле:



где K – собственный коэффициент усиления по напряжению ОУ;

�� – коэффициент передачи цепи ОС.

Для схемы инвертирующего усилителя (рис. 8), коэффициент передачи цепи равен




Получаем
В случае реального ОУ коэффициент усиления инвертирующего усилителя определяется выражением



Получаем




Знак “минус” отражает инвертирование входного сигнала. В случае идеального ОУ K → ∞, тогда



Для схемы неинвертирующего усилителя (рис. 9) коэффициент передачи цепи ОС



В случае реального ОУ коэффициент усиления неинвертирующего усилителя определяется выражением


В случае идеального ОУ K → ∞, тогда


Дифференциальное входное сопротивление инвертирующего усилителя определяется сопротивлением резистора на входе:


Входное сопротивление неинвертирующего усилителя определяется как входное сопротивления усилителя, охваченного последовательной отрицательной ОС:


где R_вх - входное сопротивление ОУ без ОС.

Выходное сопротивление для обеих схем усилителей определяется как


Для инвертирующего усилителя получаем:


Для неинвертирующего усилителя: