Главная страница
Навигация по странице:

  • Рисунок 5

  • Расчет дифференциального усилителя

  • электрон ргр1. Vt включен в усилительный каскад по схеме с


    Скачать 192.04 Kb.
    НазваниеVt включен в усилительный каскад по схеме с
    Анкорэлектрон ргр1.docx
    Дата21.02.2018
    Размер192.04 Kb.
    Формат файлаdocx
    Имя файлаэлектрон ргр1.docx
    ТипДокументы
    #13025

    Задание №1

    Транзистор VT включен в усилительный каскад по схеме с ОЭ. В схеме

    http://lib.aipet.kz/aies/facultet/frts/kaf_ie/40/umm/ect_1.files/image001.jpg

    рисунка 2.1 используется фиксированное смещение базовым делителем, на схеме  рисунка 2.2 - смещение током базы покоя. Каскад питается от одного источника с напряжением Ек. Заданы тип транзистора, напряжение источника питания  Ек  и сопротивление резистора коллекторной нагрузки Rк (см. таблицу 2.1). Тип схемы и диапазон частот усиливаемых колебаний fнfвприведен в таблице 2.2.

    Последняя цифра номера зачетной книжки

    № вар.

    9

    VT

    КТ313А

    Ек, В

    6

    Rк, кОм

    0,2

    Таблица 2.1

    Таблица 2.2

    Предпоследняя цифра номера зачетной книжки

    № вар.

    0

    fн, Гц

    150

    fв, кГц

    7

    Рисунок

    2.1

    Требуется:

    а) привести заданную схему усилителя;

    б) построить сквозную динамическую характеристику (СДХ) усилителя;

    в) определить на СДХ начальную рабочую точку;

    г) определить смещение  начальной рабочей точки;

    д) рассчитать значения элементов цепи смещения;

    е) рассчитать разделительную емкость СР;

    ж) рассчитать коэффициент нелинейных искажений .

    Заданный транзистор VT включен в усилительный каскад по схеме с ОЭ (см. рисунок 2.1). Каскад питается от одного источника с напряжением Ек. Для подачи смещения в цепь базы используется делитель напряжения R1,R2. Имеет место фиксированное смещение от базового делителя.

    Характеристики транзистора берутся из справочника.

    При работе транзистора с коллекторной нагрузкой RКсвязь между коллекторным током IК  и напряжением на коллекторе UК  выражается уравнением нагрузочной характеристики



    Особенностью динамического режима, в отличие от статического, является то, что изменение одного параметра влечет за собой изменение другого. При увеличении Iб увеличивается ток коллектора IК и падение напряжения на http://lib.aipet.kz/aies/facultet/frts/kaf_ie/40/umm/ect_1.files/image004.gif URк. Ток коллектора одновременно зависит от Uб  и Uк. Поэтому нельзя использовать статические характеристики. Для анализа усилителя обычно используются выходные и сквозные динамические характеристики.

    Построим сквозную динамическую характеристику.

    Для этого строим на выходных статических характеристикахhttp://lib.aipet.kz/aies/facultet/frts/kaf_ie/40/umm/ect_1.files/image005.gif данного транзистора линию нагрузки (1-ый квадрант графика на рисунке 3.1) по полному уравнению цепи (или по уравнению нагрузочной линии) http://lib.aipet.kz/aies/facultet/frts/kaf_ie/40/umm/ect_1.files/image006.gif.

    При Iк= 0, Uкэ = Ек=6 В первая точка линии нагрузки,

    при Uкэ= 0, Iк = - вторая точка. Соединяем их.

    Нагрузочная характеристика представляет прямую линию на семействе выходных характеристик транзистора, пересекающуюся с осями координат в точках Ек/Rк и Ек. Характеристика включает в себя информацию о типе транзистора, заданных значениях http://lib.aipet.kz/aies/facultet/frts/kaf_ie/40/umm/ect_1.files/image007.gif, http://lib.aipet.kz/aies/facultet/frts/kaf_ie/40/umm/ect_1.files/image004.gif

    http://lib.aipet.kz/aies/facultet/frts/kaf_ie/40/umm/ect_1.files/image008.gif

    Далее строим переходную динамическую характеристику: http://lib.aipet.kz/aies/facultet/frts/kaf_ie/40/umm/ect_1.files/image009.gif, соединяя точки пересечения токов базы по вертикали с токами коллектора по горизонтали (второй квадрант графика на рисунке 1).

    На рисунке 3.2 приведена динамическая входная характеристика http://lib.aipet.kz/aies/facultet/frts/kaf_ie/40/umm/ect_1.files/image011.gif (пунктирная кривая), которая построена на основе статической http://lib.aipet.kz/aies/facultet/frts/kaf_ie/40/umm/ect_1.files/image012.gif (контурная кривая на рисунке 3.2) по уравнению http://lib.aipet.kz/aies/facultet/frts/kaf_ie/40/umm/ect_1.files/image013.gif при заданных токах базы. Значение Rгвыбираетсяот 100 ом до 1 килоома.



    Рисунок 2

    Строим сквозную динамическую характеристику http://lib.aipet.kz/aies/facultet/frts/kaf_ie/40/umm/ect_1.files/image014.gif (см. рисунок 3 в первом квадранте), используя  динамическую передаточную характеристику (второй квадрант), входную динамическую характеристику (третий квадрант) путем переноса точек пересечения в первый квадрант.

    В результате получаем S-образную сквозную динамическую характеристику (третий квадрант), которая содержит информацию о типе транзистора, о напряжении коллекторного питания Ек, коллекторной нагрузке http://lib.aipet.kz/aies/facultet/frts/kaf_ie/40/umm/ect_1.files/image015.gif, о входном сигнале ег и внутреннем сопротивлении источника сигнала Rг.



     Рисунок 3

    На рисунке 4 приведена сквозная динамическая характеристика, полученная на рисунке 3. Выбираем начальную рабочую точку в классе усиления А. Для этого ограничиваем линейный участок (точки  M и N) и находим его середину (точка А). Определяем смещение начальной рабочей точки Есм. Затем определяем значение сигнала на входе. Очевидно, что сигнал на входе не должен выходить за пределы участка MN.



     Рисунок 4

    Рассчитаем элементы смещения рабочей точки.

    Потенциал базы жестко фиксируется делителем R1, R2 (см. рисунок 2.1). Ток течет от Eк через базовый делитель. Падение напряжения на R2 создает смещение на базу http://lib.aipet.kz/aies/facultet/frts/kaf_ie/40/umm/ect_1.files/image018.gif. Чтобы ток делителя не зависел от тока базы покоя должно выполняться условие http://lib.aipet.kz/aies/facultet/frts/kaf_ie/40/umm/ect_1.files/image019.gif. Для выполнения этого условия надо уменьшать R1, R2, но при этом растет потребление энергии от Eк, падает кпд и падает входное сопротивление усилителя, а оно итак мало.

    Поэтому выбираетсяhttp://lib.aipet.kz/aies/facultet/frts/kaf_ie/40/umm/ect_1.files/image020.gif;  при этом http://lib.aipet.kz/aies/facultet/frts/kaf_ie/40/umm/ect_1.files/image021.gif. Ток базы покоя http://lib.aipet.kz/aies/facultet/frts/kaf_ie/40/umm/ect_1.files/image022.gif. Ток коллектора покоя Iкппоказан на рисунке 3.4,                        -коэффициент передачи тока базы в цепь коллектора, берется из справочника по транзисторам.

    Емкость разделительного конденсатора Сропределяется из условия

    http://lib.aipet.kz/aies/facultet/frts/kaf_ie/40/umm/ect_1.files/image023.gifhttp://lib.aipet.kz/aies/facultet/frts/kaf_ie/40/umm/ect_1.files/image024.gif

     где н – низшая рабочая частота;

    СР =http://lib.aipet.kz/aies/facultet/frts/kaf_ie/40/umm/ect_1.files/image025.gif=

    Рассчитаем коэффициент нелинейных искажений.  На практике используется приближенный метод расчета нелинейных искажений – метод Клина (метод пяти ординат). Нелинейные искажения вносятся как входной цепью, так и выходной. Используется сквозная динамическая характеристика (см. рисунок 5).

    Рассчитаем коэффициент нелинейных искажений.  На практике используется приближенный метод расчета нелинейных искажений – метод Клина (метод пяти ординат). Нелинейные искажения вносятся как входной цепью, так и выходной. Используется сквозная динамическая характеристика (см. рисунок 5).



    Рисунок 5

    Далее определяется коэффициент нелинейных искажений ν по формулам:

    a=14*, b=13*, c=12*

    http://lib.aipet.kz/aies/facultet/frts/kaf_ie/40/umm/ect_1.files/image027.gif– коэффициент искажений по 2-ой гармонике;

    http://lib.aipet.kz/aies/facultet/frts/kaf_ie/40/umm/ect_1.files/image028.gif – коэффициент искажений по 3-ей гармонике;

    http://lib.aipet.kz/aies/facultet/frts/kaf_ie/40/umm/ect_1.files/image029.gif,

    Задание №2

    Дана схема  дифференциального усилителя (ДУ) на биполярных транзисторах VT с генератором стабильного тока (ГСТ), несимметричным входом (см. рисунок 2.3). Э.д.с. входного сигнала Eг, сопротивление Rг (см. таблицу 2.3). Требуемый коэффициент усиления KUд, входное сопротивление Rвх (см. таблицу 2.4). Выбрать значения напряжения источников питания Eк1 и Eэ2, рассчитать элементы схемы и величину коэффициента ослабления синфазного сигнала Kос.сф. http://lib.aipet.kz/aies/facultet/frts/kaf_ie/40/umm/ect_1.files/image002.jpg

    Рисунок 2.3

    Т а б л и ц а 2.3-4

    Последняя цифра номера зачетной книжки

    № вар.

    9

    Тип VT

    КТ379Б

    Ег, мВ

    9

    Rг, кОм

    1,5



    Предпоследняя цифра номера зачетной книжки

    № вар.

    0

    Кu

    22

    Rвх, кОм

    6

    Расчет дифференциального усилителя

    Заданы транзисторы КТ313А, обеспечивающие малую величину дрейфа ДУ и имеющие малый тепловой ток и достаточно высокий коэффициент . Допустимое напряжение Uкэ.max 10В. Следовательно, Ек1к2 7,5 В. Амплитуда выходного напряжения UвыхUдЕг=22 ·9=198 мBможет быть обеспечена при Ек1к2=6,3B. Меньшие значения Ек затрудняют построение ГСТ.

    При использовании двух источников питания к1 и –Еэ2 в схеме ДУ по рисунку 2.3 потенциал эмиттеров транзисторов VТ1, VТ2 в режиме покоя можно принять равным нулю. Это связано с тем, что падение напряжения в цепях баз транзисторов VТ1, VТ2 от тока покоя б01Rг очень мало при малых входных токах и, следовательно, база транзистора может считаться заземленной по постоянному току. Тогда потенциал эмиттера отличается от потенциала земли на величину Uбэ01 = Uбэ02= 0,5÷0,7 В для кремниевых транзисторов. Поэтому в первом приближении можно считать, что напряжение нижнего источника (-Еэ2) приложено к ГСТ, а верхнего (+Ек1) - к транзисторам VТ1 ,VТ2 и резисторам Rк.

    Выбираем для транзисторов VT1 и VT2 начальную рабочую точку с Uкэ0 = 3В, Iк0=1мА, Uбэ0 =0,45 В. Тогда номинал резистора Rк составляет

    Rк=http://lib.aipet.kz/aies/facultet/frts/kaf_ie/40/umm/ect_1.files/image030.gif.

    В выбранном режиме h11э=2кОм, =35,тогда

    http://lib.aipet.kz/aies/facultet/frts/kaf_ie/40/umm/ect_1.files/image031.gif.

    Для увеличения Rвх и выравнивания токов транзисторов VT1иVТ2 введем резисторы Rэ, вносящие местную отрицательную обратную связь (ООС) по току транзисторов. Обычно Rэ выбирают порядка десятков или сотен ом.

    Полагаем Rэ =40 Ом, тогда

    Rвх.д =6[()]=6[2*]=16.32 кОм

    Для уменьшения токовой составляющей погрешности ДУ в базовую цепь транзистора VT2 включаем резистор Rб=Rг. Проверим, обеспечивает ли ДУ требуемое значение К. При несимметричном выходе и Rн = 

    К=,

    что незначительно нехватает к требуемой величине.

    Рассчитаем ГСТ, для чего вначале определим потенциал коллектора транзистора VТ3 относительно общей шины



    Следовательно, падение напряжения на транзисторе VТ3 и резисторе R3составит

    Еэ2Uк3=6,3–0,51=5,79 В.

    При работе ДУ для нормального функционирования транзистора VT3 в ГСТ необходимо выполнение неравенств

    Uкб 0  иUкб3Uкэ нас.

    Выберем потенциал базы транзистора VТ3 относительно общей шины

    Uб3 = –4,5 В, что обеспечит Uкб3. тогда падение напряжения Uна резисторе R4 и диоде VД

    U = Eэ2Uб3=6,3–4,5=1.8 В.

    Падение напряжения на резисторе R3

    UR3=UUбэ03=1,32–0,5=0,82 В.

    Здесь Uбэ03=0,5 В при Iк03=Iк01= Iк02=2мА. Тогда сопротивление резистора R3

    R3=UR3/Iк03=0,82/2=0,41 кОм;

    Выберем ток делителя R4 ,R5, равным коллекторному току транзистора VТ3, т.е. Iдел =2 мА. Тогда:

    R5= (Ек2 U)/Iдел=4,98/2=2,49 кОм.

    Для определения номинала резистора R4 необходимо прежде выбрать диод VД. Целесообразно в качестве диода применить транзистор КТ307Б в диодном включении, что обеспечит хорошую температурную компенсацию изменения Uбэ транзистора VТ3 вследствие одинаковых ТКН диода и транзистора VT3. По входной характеристике транзистора КТ307Б при Iэ=2мА величина Uд = Uбэ0 =0,5В и поэтому

    кОм.

    Рассчитаем коэффициент усиления синфазного сигнала Кu сф несим при несимметричном выходе ДУ, имея в виду, что вместо резистора Rэ в схеме ДУ с ГСТ следует учитывать сопротивление Rвых3 транзистора VТ3 c введенной отрицательной обратной связью по току через резистор R3.

    http://lib.aipet.kz/aies/facultet/frts/kaf_ie/40/umm/ect_1.files/image036.gif где

    http://lib.aipet.kz/aies/facultet/frts/kaf_ie/40/umm/ect_1.files/image037.gif.

    При значениях сопротивлений элементов:

    http://lib.aipet.kz/aies/facultet/frts/kaf_ie/40/umm/ect_1.files/image038.gif;        http://lib.aipet.kz/aies/facultet/frts/kaf_ie/40/umm/ect_1.files/image039.gifR3 = 410 Oм;

    http://lib.aipet.kz/aies/facultet/frts/kaf_ie/40/umm/ect_1.files/image040.gif;   rб3 = 100 Ом и

    R4||R5=2,49||0,41=0,505 кОм     Rвых3 будет равно

    Rвых3=кОм.

    Тогда коэффициент усиления синфазного сигнала

    КU сф несим=,

    и коэффициент ослабления синфазного сигнала

    Кос.сф=

    Литература

    1. Работы учебные. Фирменный стандарт ФС РК 10352-1910-У-е-001-2002. Общие требования к построению, изложению, оформлению и содержанию. – Алматы: АИЭС, 2002. – 31 с.

    2. Головатенко-Абрамова М.П., Лапидес А.М. Задачи по электронике. – М.: Энергоатомиздат, 1992. – 112 с.

    3. Расчет электронных схем. Учебное пособие для вузов. /Г.И.Изъюрова и др. – М.: Высшая школа, 1987.335 с.

    4. Жолшараева Т.М. Микроэлектроника. Полупроводниковые приборы: Учебное пособие.  Алматы: АИЭС, 2006. – 79 с.

    5. Нефедов А.В. Транзисторы для бытовой, промышленной и спе-циальной аппаратуры: Справочное пособие. – М.: Солон-Пресс, 2006. – 600 с.

    6. Транзисторы для аппаратуры широкого применения: Справочник. /Под редакцией Б.Л.Перельмана. – М.: Радио и связь, 1982. – 656 с.

    7. Перельман Б.Л. Полупроводниковые приборы. Справочник. – М.: «СОЛОН», «МИКРОТЕХ», 1996. – 176 с.

    8. Жолшараева Т.М.. Схемотехника 1. Конспект лекций для студентов всех форм обучения специальности 050704 –Вычислительная техника и программное обеспечение. – Алматы: АИЭС, 2008. – 50 с.

     

     
    написать администратору сайта