Электротехника. Бланк КР№1, Задача №3 ЭиЭ мет14. Контрольная работа 3 адача 3 Электронные усилители Вариант 3 курсант фпитб учебной группы 1819

• Название: Контрольная работа 3 адача 3 Электронные усилители Вариант 3 курсант фпитб учебной группы 1819
• Анкор: Электротехника
• Дата: 29.05.2022
• Размер: 266.26 Kb.
• Имя файла: Бланк КР№1, Задача №3 ЭиЭ мет14.docx
• Тип: Контрольная работа; #555512

ДИСЦИПЛИНА

«Электротехника и электроника»

Раздел I Электрические цепи.

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА № 3

адача №3: Электронные усилители

Вариант № 3

Выполнил: курсант ФПиТБ

Учебной группы 1819

Ряд. вн. сл. Варыгин М.Ю.

Электронные усилители

Задача 3. На рис.7 приведена типовая схема усилителя напряжения по схеме с ОЭ.

И сходные данные:
R_В=1 кОм, R_н=20 кОм,

R_Б1=51 кОм, R_Б2=20 кОм,

R_к=2,7 кОм, R_э= 1,8 кОм,

_э= 62 Ом, С_вх=2 мкФ,

С_э= 200 мкФ,

С_вых= 5 мкФ, +Е_к=15 В,

тип транзистора КТ201Г.

Рис. 7. Типовая схема усилителя напряжения
Делитель напряжения R_Б1-R_Б2 вместе с резисторами R_э и R_к обеспечивают режим и температурную стабильность усилительного каскада по постоянному току; резистор определяет величину и стабильность коэффициента усиления напряжения. Конденсаторы С_вх и С_вых являются разделительными, а конденсатор С_э – блокирующим. В усилителе применены маломощный среднечастотный кремниевый транзистор типа КТ201А, резисторы типа МЛТ мощностью 0,125 Вт и электролитические конденсаторы типа К50 (см. табл. П.1…П.5). Внутреннее сопротивление источника входного сигнала R_в=1 кОм, а нагрузка – чисто активная с сопротивлением R_н=20 кОм.

Требуется рассчитать режим каскада по постоянному току, построить нагрузочную прямую и указать на ней рабочую точку, проверить транзистор на соответствие предельно-допустимым параметрам, определить максимальные неискаженные выходное и входное напряжения, входное и выходное сопротивления усилителя, коэффициент усиления напряжения на средней частоте, нижнюю и верхнюю граничные частоты полосы эффективно воспроизводимых частот и привести амплитудно-частотную характеристику усилителя.

Решение

Режим каскада по постоянному току. По теореме об эквивалентном генераторе делитель R_Б1 - R_Б2 преобразуем в эквивалентную цепь:


Рис. 8. Эквивалентная схема
В;
R_Б=R_Б1||R_Б2= =14,366 кОм.
=39,83

мкА,
Примечание:

1. U_вх = U_хх .

2. U_бэ = 0,6 для кремневых транзисторов, работающих в усилительном режиме.

3. Коэффициент β передачи тока базы принят равным среднему значению 60 из указанных в справочнике для транзистора

β = (60-20)/2+20=40 стр37 приложение 5 для КТ201Г (20…60).

4. переводим в кОм из Ом.

I_k= =1,593;

I_Э= =1,633;

U_b= =3,652;

U_э=

U_k=

U_kэ=

U_кб=

E’_k=
Из расчетов видно, что коллекторный переход транзистора смещен в обратном направлении, и, следовательно, транзистор работает в активном усилительном режиме.

Нагрузочная прямая. В соответствии с уравнением на семействе выходных характеристик строим нагрузочную прямую:

при U_КЭ=0; I_k мА; при I_К=0; U_{кэ =}11,947 В (рис.9).

Точка А, занимающая примерно среднее положение на активном участке является рабочей.

Проверяем параметры транзистора на соответствие предельно-допустимым параметрам. Из расчетов и рис.9 следует, что максимальные ток коллектора, напряжение коллектор-эмиттер и мощность транзистора не превышают предельно-допустимых значений I_к.max=30 мА; U_кэ.max=20 В: P_k мВт < Р_к.доп=150 мВт, и надежная работа транзистора в течение срока службы обеспечена.
Максимальное напряжение неискаженного выходного сигнала. Из рис. 9 определяем максимальные амплитуды неискаженных полусинусоидов U_m(-) и U_m(+) выходного сигнала:

U_m(-)=U_КЭА-U_осm= 7,646-0,3=7,346 В,

U_m(-)= В.

В этих расчетах U_осm 0,3 В – минимальное напряжение коллектор-эмиттер, при котором транзистор теряет усилительные свойства;


Рис. 9. Построение нагрузочной прямой
Таким образом, максимальная амплитуда неискаженного выходного сигнала равна U_m(+)= 4,4 В. Максимальное выходное напряжение составит

U_вых.max = В.

Входное сопротивление усилителя. Формула для входного сопротивления усилителя со стороны базы вытекает из эквивалентной схемы усилителя ОЭ на средних частотах, использующей Т-образную эквивалентную схему транзистора в режиме малого сигнала.



Рис. 10. Эквивалентная схема усилителя с общим эмиттером на средних частотах
Пренебрегая относительно большим сопротивлением R_Б по сравнению с сопротивлением каскада со стороны базы транзистора и принимая во внимание, что в этом случае i_вх=i_Б, для обозначенного стрелкой входного контура, имеем





0,15+(40+1)(16,311+62)10^-3= 3,361 кОм,

( где 1. =0,15 кОм – типичное сопротивление базы маломощных транзисторов, работающих в усилительном режиме;

2. = 16,331 Ом (где U_Т = 26 мВ –температурный потенциал).

Входное сопротивление усилителя с учетом сопротивления R_Б делителя напряжения R_Б1-R_Б2 равно R_вх= R_Б||R_вх.тр=14,366||8,7=2,724 кОм.

Выходное сопротивление каскада R_вых= || R_к= 30||2,7= 2,477 кОм. ( =30 кОм -дифференциальное сопротивление транзистора ОЭ).

Коэффициент усиления напряжения.

Рассчитываем следующие величины:

= 0,935 кОм;

;

K’_uo =
Используя в качестве единицы усиления децибел, получим: К_uo=20 g1,285=25,7 дБ.

Таким образом, делитель напряжения R_Б1-R_Б2, шунтируя базу транзистора, уменьшает коэффициент усиления на =5,48%. Данной погрешностью в инженерных расчетах (проводимых с погрешностью 10%) можно пренебречь.
Полоса эффективно воспроизводимых усилителем частот

Нижняя граничная частота _н.вх, определяемая только емкостью С_вх при бесконечно больших емкостях С_э и С_вых, равна:
18,533 Гц;

=10,638 Гц;

1,592 Гц;

Нижняя граничная частота _н усилителя, определяемая совместным действием емкостей С_вх, С_э, С_вых, равна:
_н= _н.вх+ _н.э+ _н.вых=1,592+10,638+18,533=30,763 Гц;

Верхняя граничная частота усилителя с ОЭ определяется постоянной времени _в выходной цепи:

,

где ,

где ; ; ₌;

С_к– барьерная емкость коллекторного перехода; _h21э и _h21Б – граничные частоты соответствующих h-параметров транзистора, включенного по схеме ОЭ или ОБ.

Коэффициент учитывает внутреннюю обратную связь в усилителе ОЭ, приводящую к уменьшению входного тока после включения генератора тока i_Б (рис.10) и увеличению верхней граничной частоты усилителя. В справочниках на транзисторы, предназначенные для работы в усилительных устройствах, приводятся или граничные частоты соответствующих h-параметров: _h21э или _h21Б, или граничная частота _гр коэффициента передачи тока базы, при которой =1. В первом приближении _гр= _h21Б .

Для транзисторов типа КТ201 из справочника (табл. П.5) имеем:
f_гр=10 МГц и С_к=20 пФ. Тогда:

F_h21э= =243,902 кГц; ( -граничная частота на стр37 приложение 5 для КТ201Б).

65,286*10^-8 с;

(40+1) 20∙10^-12 =82∙10^-10 Ф; ( - барьерная емкость коллекторного перехода на стр37 приложение 5 для КТ201Г).



=37254
Гц = 427,427 кГц.

Амплитудно-частотная характеристика усилителя приведена на рис.11

Средняя частота определяется как и составляет 1,6 кГц.

Средняя частота, для которой проводились расчеты К_uo, R_вх, R_вых, определяется как и составляет 2 кГц. Нетрудно убедиться, что на средней частоте сопротивления емкостей С_вх, С_э и С_вых намного меньше соединенных с ними эквивалентных сопротивлений, и поэтому на среднечастотной схеме усилителя ОЭ (рис.10) они не приведены.

Наконец, отметим, что полярность источника питания отнюдь не определяет структуры (n-p-n или p-n-p) примененного в усилителе транзистора: при любой полярности источника питания можно применять транзисторы как n-p-n, так и p-n-p структур. Например, схема усилителя, представленная на рис.7, при отрицательной относительно общей шины полярности источника питания имеет следующий вид (рис.12). При этом все расчетные соотношения, использованные в схеме рис.7, справедливы и для схемы рис.12.


Рис. 12. Типовая схема усилителя при отрицательной относительно общей шины полярности источника питания


Задача 3. Электронный усилитель.

Для усилителя по схеме с ОЭ рис.30 рассчитать режим каскада по постоянному току, построить нагрузочную прямую и указать на ней рабочую точку, проверить транзистор на соответствие предельно-допустимым параметрам, определить максимальные неискаженные выходное и входное напряжения, рассчитать входное и выходное сопротивления усилителя, коэффициент усиления напряжения на средней частоте, нижнюю и верхнюю граничные частоты полосы эффективно воспроизводимых частот и привести амплитудно-частотную характеристику усилителя.

Данные для расчета электронного усилителя приведены в табл. 5. При расчетах принять R_В = 1 кОм, R_н = 20 кОм.

В табл. 6 - 9 приложения приведены номинальные данные сопротивлений резисторов типа МЛТ в соответствии с рядом Е24 и номинальные данные емкостей и допустимых напряжений оксидно-электролитических конденсаторов типа К50-16 и К50-20.



Рис. 30. Схема усилителя напряжения

Задача 3. Электронный усилитель.

Для усилителя по схеме с ОЭ рис.30 рассчитать режим каскада по постоянному току, построить нагрузочную прямую и указать на ней рабочую точку, проверить транзистор на соответствие предельно-допустимым параметрам, определить максимальные неискаженные выходное и входное напряжения, рассчитать входное и выходное сопротивления усилителя, коэффициент усиления напряжения на средней частоте, нижнюю и верхнюю граничные частоты полосы эффективно воспроизводимых частот и привести амплитудно-частотную характеристику усилителя.

Данные для расчета электронного усилителя приведены в табл. 5. При расчетах принять R_В = 1 кОм, R_н = 20 кОм.

В табл. 6 - 9 приложения приведены номинальные данные сопротивлений резисторов типа МЛТ в соответствии с рядом Е24 и номинальные данные емкостей и допустимых напряжений оксидно-электролитических конденсаторов типа К50-16 и К50-20.



Рис. 30. Схема усилителя напряжения


40
Таблица 5

Данные для расчета электронного усилителя

№ варианта	Тип транзистора	RБ1, кОм	RБ2, кОм	Rк, кОм	э, кОм	э, Ом	Свх, мкФ х В	Сэ, мкФ х В	Свых, мкФ х В	+Ек, В
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
1	КТ201Б	56	16	2,4	1,0	43	10х6,3	200х10	2х50	12
2	КТ201В	36	20	2,7	2,4	51	5х16	100х16	1х50	15
3	КТ201Г	51	20	2,7	1,8	62	2х50	200х16	5,16	15
4	КТ201Д	51	18	2,2	1,2	75	1х50	500х16	2,50	12
5	КТ315А	43	18	1,8	1,0	82	2х25	1000х16	5х16	9
6	КТ315Б	47	15	1,8	0,82	91	2х25	2000х16	1х50	9
7	КТ315В	33	12	2,2	1,3	100	5х16	500х25	2х50	12
8	КТ315Г	43	18	2,2	1,5	110	10х6,3	200х16	2х50	12
9	КТ315Д	47	24	2,7	2,2	120	10х6,3	100х10	5х16	15
10	КТ315Е	36	16	2,0	1,6	130	5х16	200х10	5х16	12
11	КТ314Ж	39	18	2,7	2,0	150	2х50	500х16	5х16	15
12	КТ503А	39	15	2,7	1,8	200	1х50	1000х16	2х25	15
13	КТ503Б	33	12	1,6	0,82	200	1х50	500х16	2х25	12
14	КТ503В	47	24	1,8	1,5	150	5х16	200х10	5х16	15
15	КТ503Г	33	18	1,5	1,0	130	10х63	100х16	2х50	12
16	КТ503Д	20	30	1,3	1,6	120	1х50	500х10	1х50	9

Номинальные данные транзисторов (КТ201, КТ315, КТ503, КТ3102)

№	Тип транзистора		IКБО, мкА	гр, МГц	Cк, пФ	Предельно-допустимые значения параметров
						Uкэ.max, В	Iк.max, мА	Pк.max, мВт	Tmax, 0С
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
1	КТ201А	30…90	0,5	10	20	20	30	150	125
2	КТ201Б	70…210	0,5	10	20	20	30	150	125
3	КТ201В	30…90	0,5	10	20	10	30	150	125
4	КТ201Г	20…60	0,5	10	20	10	30	150	125
5	КТ201Д	30…90	0,5	10	20	10	30	150	125
6	КТ315А	20…90	1	250	7	25	100	150	100
7	КТ315Б	50…350	1	250	7	20	100	150	100
8	КТ315В	20…90	1	250	7	40	100	150	100
9	КТ315Г	50…350	1	250	7	35	100	150	100
10	КТ315Д	20…90	1	250	7	40	100	150	100
11	КТ315Е	50…350	1	250	7	35	100	150	100
12	КТ315Ж	30…250	1	150	7	15	50	100	100
13	КТ503А	40…120	1	5	20	25	150	350	85
14	КТ503Б	80…240	1	5	20	25	150	350	85
15	КТ503В	40…120	1	5	20	40	150	350	85
16	КТ503Г	80…240	1	5	20	40	150	350	85
17	КТ503Д	40…120	1	5	20	60	150	350	85
18	КТ503Е	40…120	1	5	20	80	150	350	85
19	КТ3102А	100…250	0,05	200	6	50	100	250	85
20	КТ3102Б	200…500	0,05	200	6	50	100	250	85
21	КТ3102В	200…500	0,015	200	6	30	100	250	85
22	КТ3102Г	400…1000	0,015	200	6	20	100	250	85
23	КТ3102Д	200…500	0,015	200	6	30	100	250	85
24	КТ3102Е	400…1000	0,015	200	6	50	100	250	85