Контрольная работа по биполярным транзисторам, вариант 3. Контрольное задание 5

• Название: Контрольное задание 5
• Анкор: Контрольная работа по биполярным транзисторам, вариант 3
• Дата: 05.11.2021
• Размер: 0.73 Mb.
• Имя файла: Контрольная работа по биполярным транзисторам, вариант 3.doc
• Тип: Документы; #263708

Контрольное задание № 5

АНАЛИЗ ХАРАКТЕРИСТИК МАЛОСИГНАЛЬНЫХ УСИЛИТЕЛЬНЫХ

КАСКАДОВ НА БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ


Задание

1. 
   В зависимости от варианта задания выполнить инженерный расчет усилительного каскада на БТ с ОЭ (ОБ, ОК) (см. рис.1.1, 1.2, 1.3), который должен обеспечить усиление в полосе частот от до .
   

Рис.1.1




Рис.1.2


Рис.1.3
Исходные данные для расчета приведены в табл. 1.1, 1.2, 1.3. Результаты расчета требуемого режима покоя и значения элементов принципиальной схемы усилителя свести в таблицы.

2. По результатам расчета элементов принципиальной схемы усилителя провести расчет основных параметров усилительного каскада. Вычислить общее значение коэффициента частотных искажений на нижней граничной частоте , указанной в исходных данных. Аналогично вычислить общее значение коэффициента частотных искажений на верхней граничной частоте. Результаты расчетов свести в таблицу.
После окончания работы ответить на вопросы
Удалось ли обеспечить требуемое значение ?

Обеспечивают ли рассчитанные значения элементов схемы требуемый режим покоя? Чем можно объяснить отличие, если оно существует?

Обеспечивают ли рассчитанные значения элементов схемы требуемую АЧХ усилителя? Чем можно объяснить отличие, если оно существует?

5.1. Какое влияние оказывает двукратное увеличение (уменьшение) сопротивления нагрузки?

5.2. Какое влияние оказывает двукратное увеличение (уменьшение) сопротивления источника сигнала?

5.3. Какое влияние оказывает пятикратное увеличение (уменьшение) емкости разделительного конденсатора C1?

5.4. Какое влияние оказывает пятикратное увеличение (уменьшение) емкости конденсатора нагрузки?
таблица 1.1

Исходные данные для расчета каскада с ОЭ

№ вар.	Тип БТ	, В	, мА	, мВ	, Ом	, кОм	, нФ
03	КТ 342А	8	8	2	50	4	0,05

Таблица 1.2

Исходные данные для расчета каскада с ОБ

№ вар.	Тип БТ	, В	, мА	, мВ	, кОм	, кОм	, нФ
03	КТ 342А	8	8	2	5	4	0,05

Таблица 1.3.

Исходные данные для расчета каскада с ОК

№ вар.	Тип БТ	, мВ	, кОм	, Ом	, нФ	, В
03	КТ 342А	100	5	20	0,05	15

Расчетные соотношения для основных параметров усилительного каскада

на БТ, включенного по схеме с ОБ и ОК

Таблица 1.4.

Параметр	Схема с ОБ	Схема с ОК

Параметры биполярного транзистора КТ342А

Тип БТ	Струк- тура	…	/ на f, МГц				В	, мА	, мВт
КТ342А	n-p-n	100…250	3/100	8	16	0,05	30	50	250

I. Расчет малосигнального усилителя на БТ,

включенного по схеме с ОЭ.
1. Для обеспечения стабилизации рабочей точки падение напряжения на резисторе (потенциал эмиттера) можно выбрать из условия

;

Это минимальное напряжение, требуемое для компенсации температурного ухода как при увеличении, так и при уменьшении температуры.

Из таблицы 1.1 находим для транзистора КТ342А U_кэ0=8 В, тогда

.

Напряжение питания выбирается согласно выражению

;

.

для обеспечения максимального значения амплитуды неискаженного выходного сигнала.

2. Сопротивления резисторов и находим по выражениям

;

, т.к. можно принять .

По выходной характеристике транзистора для U_ИП=17,6 В и заданного I_K=8 мА находим: I_K0=2,5 мА.


I_К

U_ИП

U_КЭ, В

4,3

5,1

I_б=23 мкА

4

Тогда .

Принимаем R_K=1,8 кОм ±5%.

.

Принимаем R_Э=390 Ом ±5%.

Для U_КЭ=8 В=const находим .

3. Находим ток базы

,

и потенциал базы транзистора

,

где напряжение база-эмиттер в рабочей точке для кремниевого транзистора можно принять .

4. Для обеспечения работоспособности схемы стабилизации задаемся током делителя напряжения, образованного резисторами R1 и R2, в десять раз больше тока базы

.

5. Находим сопротивления R1 и R2

;

Принимаем R1=51 кОм ±5%.

. Принимаем R2=8,2 кОм ±5%.

6. Емкости конденсаторов находим из условий

; ; Найдем R_ВХ=R_Б//R_ВХ.ТР.=R₁//R₂//R_ВХ.ТР.,

где ;

r_Э=φ_Т/I_Э0=0,026/4,3·10^-3≈6 Ом (для Т=300 К, φ_Т=0,026 В)

r`_Б=τ_К/C_КБ=500·10^-12/8·10^-12=62,5 Ом;

.



.

R_ВЫХ≈R_K=1,8 кОм.

;

Принимаем С1=91 мкФ ±10%.



Принимаем С2=15 мкФ ±10%.

.

Принимаем С_Э=220 мкФ ±10%.
Расчет основных параметров усилительного каскада (ОЭ)

Коэффициент усиления по току каскада на БТ с ОЭ определяется соответствующим дифференциальным параметром транзистора h_21э:

;

.

,

поскольку .

.

Знак минус говорит о том, что каскад с ОЭ инвертирует входной сигнал.

Сквозной коэффициент усиления:

.

Граничные частоты полосы пропускания усилителя, т.е. значения частоты сигнала на которых коэффициенты передачи уменьшаются в раз, определяются выражениями:

;

;

;

;

;

.

Нижняя граничная частота полосы пропускания усилителя f_Н будет больше максимальной из f_н1, f_н2, f_н3.





Вычислим значения коэффициентов частотных искажений, обусловленных фильтрами, на частоте f в области НЧ:



;

;

.

Общее значение коэффициента частотных искажений усилительного каскада на некоторой частоте f в области НЧ определяется согласно

, в децибелах.

.

Конденсатор пересчитаем во входную цепь транзистора

.

И для верхней граничной частоты полосы пропускания усилителя f_в можно записать

;

;

;

;

;

;

Получаем .

Вычислим значения коэффициентов частотных искажений, обусловленных наличием фильтров НЧ, на частоте f в области ВЧ:



;

;

.

Коэффициент частотных искажений на верхней граничной частоте f_В:

.
II. Расчет эмиттерного повторителя (ОК)

1. Вычисляем максимально возможное значение амплитуды тока нагрузки, соответствующее идеальному согласованию, когда U_ВЫХ=E_Г:

.

2. Выбираем рабочую точку БТ:

I_э0≈1,3·I_Н=1,3·5=6,5 мА;

U_КЭ0=U_э0= I_э0· R_э0=U_ип/2=15/2=7,5 В.

Можно считать, что I_К0≈I_э0=6,5 мА.

.

Принимаем R_Э=1,2 кОм ±5%.

3. Находим ток базы:

;

.

4. Для обеспечения работоспособности схемы стабилизации задаемся током делителя напряжения, образованного резисторами R1 и R2, в десять раз больше тока базы

.

5. Находим сопротивления R1 и R2

;

Принимаем R1=15 кОм ±5%.

. Принимаем R2=20 кОм ±5%.

6. Емкости конденсаторов находим из условий

;

Найдем R_ВХ=R_Б//R_ВХ.ТР.,

где

;

;

;

r_Э= 6 Ом ;

r`_Б= 62,5 Ом;

;

;

;

;

;

;

.

;

Принимаем С1=11 мкФ ±10%.

;

Принимаем С2=1800 мкФ ±10%.
Расчет основных параметров усилительного каскада (ОК)

Коэффициент усиления по току и коэффициент усиления по напряжению:

;

;

Граничные частоты полосы пропускания усилителя:

;

;

Нижняя граничная частота полосы пропускания усилителя f_Н будет больше максимальной из f_н1, f_н2.

;

.

Вычислим значения коэффициентов частотных искажений, обусловленных фильтрами, на частоте f в области НЧ:



;

;

Общее значение коэффициента частотных искажений усилительного каскада на некоторой частоте f в области НЧ определяется согласно

, в децибелах.

.

Конденсатор пересчитаем во входную цепь транзистора

;

И для верхней граничной частоты полосы пропускания усилителя f_в можно записать



;

.

;

.

;

.

.

Получаем

Вычислим значения коэффициентов частотных искажений, обусловленных наличием фильтров НЧ, на частоте f в области ВЧ:



;

;

;

;

Коэффициент частотных искажений на верхней граничной частоте f_В:

.
III. Расчет малосигнального усилителя на БТ, включенного по схеме с ОБ

Расчет каскада на БТ включенного по схеме с ОБ в основном совпадает с расчетом каскада с ОЭ. Поэтому из предыдущего расчета имеем:

R_K=1,8 кОм ±5%.

R_Э=390 Ом ±5%.

R1=51 кОм ±5%.

R2=8,2 кОм ±5%.

С2=15 мкФ ±10%.

Из таблицы 1.4 для схемы с ОБ находим:

;

;

;

r_Э=6 Ом;

r`_Б=62,5 Ом;

;

;

;

;

Принимаем С1=18 мкФ ±10%.

;

;

Принимаем С_Б=12 мкФ ±10%.
Расчет основных параметров усилительного каскада (ОБ)

Коэффициент усиления по току каскада на БТ с ОБ определяется соответствующим дифференциальным параметром транзистора h_21Б:

;

,

;

;

.

Сквозной коэффициент усиления:

.

Граничные частоты полосы пропускания усилителя:

;

;

;

Нижняя граничная частота полосы пропускания усилителя f_Н будет больше максимальной из f_н1, f_н2, f_н3.

;

.

Вычислим значения коэффициентов частотных искажений, обусловленных фильтрами, на частоте f в области НЧ:



;

;

;

Общее значение коэффициента частотных искажений усилительного каскада на некоторой частоте f в области НЧ определяется согласно

, в децибелах.

.

Конденсатор пересчитаем во входную цепь транзистора

.

И для верхней граничной частоты полосы пропускания усилителя f_в можно записать

;

;

.

;

.

;

;

;

;
Получаем .

Вычислим значения коэффициентов частотных искажений, обусловленных наличием фильтров НЧ, на частоте f в области ВЧ:



;

;

;

Коэффициент частотных искажений на верхней граничной частоте f_В:

.


Сравнение основных параметров усилительного каскада

Параметр	Схема с ОЭ	Схема с ОБ	Схема с ОК
RВХ.ТР., Ом	1029	4200	6,4
RВХ., Ом	898	2820	6,3
RВЫХ., Ом	1800	25,45	1800
Ki	49,7	158,4	0,308
Ku	-206,9	1,12	196,3
fН, Гц	≥1,85	≥1,95	≥12,57
fВ, МГц	≤1,9·106	≤1,9·106	≤15,9·106