Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Управління інформацією
Кафедра:
Захист інформації
Інформація про роботу
Рік:
2011
Тип роботи:
Методичні вказівки
Предмет:
Схемотехніка
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
Міністерство освіти і науки України
Національний університет „Львівська політехніка”
Кафедра „Захист інформації”
МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ДО ПРАКТИЧНИХ ЗАНЯТЬ
з навчальної дисципліни „ Схемотехніка пристроїв технічного захисту інформації ”
для студентів стаціонарної форми навчання освітніх напрямків 6.170102 “Системи технічного захисту інформації”,
6.170103 “Управління інформаційною безпекою”
Львів–2011
Методичні вказівки до практичних занять з навчальної дисципліни „Схемотехніка пристроїв технічного захисту інформації ” / Укладач: доц., к.т.н. Кеньо Г.В., ( Львів: Видавництво Національного університету “Львівська політехніка”, 2011.( 76 с.
Рецензент: проф., д.т.н. Максимович В.М.
Відповідальний за випуск проф., д.т.н. Дудикевич В.Б.
Зміст
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ 1
МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ДО ПРАКТИЧНИХ ЗАНЯТЬ 1
ВСТУП 5
ТЕМА 1. РОЗРАХУНОК ЕЛЕМЕНТІВ СХЕМ ЗАМІЩЕННЯ КАСКАДІВ НА БІПОЛЯРНИХ ТРАНЗИСТОРАХ 6
1.1. Т-подібні схеми заміщення 8
1.2. Формалізовані моделі транзистора 11
Задачі 14
ТЕМА 2. ГРАФОАНАЛІТИЧНИЙ РОЗРАХУНОК РОБОЧОГО РЕЖИМУ 16
Задачі 18
ТЕМА 3. РОЗРАХУНОК ПІДСИЛЮВАЛЬНИХ КАСКАДІВ НА БІПОЛЯРНИХ ТРАНЗИСТОРАХ 22
3.1. Резистивний підсилювальний каскад у схемі зі спільним емітером 22
3.2. Резистивний каскад підсилення у схемі зі спільною базою 25
3.3. Резистивний каскад підсилення на транзисторі у схемі зі спільним колектором 27
3.4. Частотні спотворення в підсилювачах з резистивно-ємнісним зв’язком 28
ТЕМА 4. РОЗРАХУНОК ПІДСИЛЮВАЛЬНИХ КАСКАДІВ НА ПОЛЬОВИХ ТРАНЗИСТОРАХ 33
4.1. Підсилювальний каскад на польовому транзисторі у схемі зі спільним витоком 33
4.2. Каскад підсилення на польовому транзисторі у схемі зі спільним стоком 36
Задачі 37
ТЕМА 5. ЗВОРОТНІ ЗВ’ЯЗКИ В ПІДСИЛЮВАЧАХ 39
5.1. Підсилювачі з послідовним ВЗЗ 41
5.2. Підсилювачі з паралельним ВЗЗ 42
Задачі 43
6. ПІДСИЛЮВАЧІ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ НА ОПЕРАЦІЙНИХ ПІДСИЛЮВАЧАХ 46
6.1. Інвертувальний підсилювач 47
6.2. Неінвертувальний підсилювач 49
6.3. Неінвертувальний повторювач напруги 50
6.4. Різницевий підсилювач 50
6.5. Інвертувальний суматор на ОП 51
6.6. Логарифмічний підсилювач на ОП 51
Задачі 52
7. ВИПРЯМЛЯЧІ ЗМІННОЇ НАПРУГИ ТА ЗГЛАДЖУВАЛЬНІ ФІЛЬТРИ 55
7.1. Випрямлячі змінної напруги 55
7.2. Згладжувальні фільтри 60
Задачі 62
8. СТАБІЛІЗАТОРИ ПОСТІЙНОЇ НАПРУГИ 64
8.1. Параметричні стабілізатори 65
8.2. Компенсаційні стабілізатори 66
Задачі 68
9. ГЕНЕРАТОРИ ГАРМОНІЧНИХ КОЛИВАНЬ 69
9.1. LC-автогенератори 69
9.2. Автогенератори типу RC 72
Задачі 74
ЛІТЕРАТУРА 76
Вступ
Практичні заняття з курсу „Електроніка та мікросхемотехніка” передбачаються в обсязі 16 годин і призначені насамперед для закріплення теоретичного матеріалу. Розв’язуючи задачі студенти повинні ознайомитись з типовими значеннями параметрів та характеристик приладів та пристроїв електронної техніки.
Методичні вказівки складаються з дев’яти розділів, у яких розглядаються технічні характеристики та особливості побудови типових схем електронних підсилювачів, випрямлячів, стабілізаторів та генераторів. У кожному розділі подані основні розрахункові формули і задачі.
При розв’язуванні задач з предмету „Електроніка та мікросхемотехніка” насамперед необхідно встановити фізичні процеси, які лежать в основі радіоелектронних приладів та пристроїв, потім за формулами, що виражають ці закономірності, знайти розв’язок. Практичні розрахунки повинні розвивати у студентів розуміння меж застосування виразів, які отримані з використанням низки припущень і з урахуванням окремих фізичних процесів, що відбуваються в реальних електронних схемах.
Тема 1. Розрахунок елементів схем заміщення каскадів на біполярних транзисторах
Біполярний транзистор – це напівпровідниковий прилад з трьома ділянками почергової електропровідності, підсилювальні властивості якого обумовлені явищами інжекції та екстракції носіїв заряду.
Транзистор типу n р n має середню область з дірковою, а дві крайні області – з електронною електропровідністю, а транзистор типу р n р діркову електропровідність мають дві крайні області, а середня має електронну електропровідність.
Напруга між електродами транзистора пов’язана залежністю:
UКЕ = UКБ + UБЕ. (1.1)
При роботі транзистора в активному режимі зазвичай UБЕ << UКБ, тому
UКЕ ( UКБ. (1.2)
Співвідношення між струмами у транзисторі:
IЕ = IK + IБ. (1.3)
Струм емітера керується напругою на емітерному переході, але до колектора дійде трохи менший струм, який можна назвати керованим колекторним струмом IK кер. Частина носіїв, які виникають за рахунок їх інжекції з емітера в базу рекомбінує, тому
IK кер =α IЕ, (1.4)
де α – коефіцієнт передачі струму емітера, може набувати значень від 0,95 до 0,998.
Через колекторний перехід завжди проходить некерований зворотний струм ІKБ0, який називають також ще початковим струмом колектора. Повний колекторний струм
IК= α IЕ+ ІКБ0. (1.5)
У багатьох випадках ІKБ0<< ІЕ, і можна вважати, що
(1.6)
Залежність струму IК від струму бази IБ описується виразом:
IK=β IБ + ІКЕ0· (1.7)
де – коефіцієнт передачі струму бази, (1.8)
а – початковий наскрізний струм. (1.9)
Якщо відомий β, то можна визначити α:
. (1.10)
Наскрізний струм значно перевершує початковий струм колектора ІKБ0:
ІKЕ0((( ІKБ0. (1.11)
Кількісні показники роботи транзистора як підсилювача залежать від схеми його ввімкнення.
На рис.1.1 подані три найпростіші підсилювальні схеми при ввімкненні транзистора зі спільною базою (рис.1.1,а), спільним емітером (рис.1.1,б) та спільним колектором (рис.1.1,в).
а б в
Рис.1.1. Найпростіші підсилювальні схеми при ввімкненні біполярного транзистора зі спільною базою (а), зі спільним емітером (б) та зі спільним колектором (в)
Основними показниками транзисторного підсилювального каскаду при будь-якій схемі ввімкнення є:
коефіцієнт підсилення за струмом: ; (1.12)
коефіцієнт підсилення за напругою: ; (1.13)
коефіцієнт підсилення за потужністю: ; (1.14)
вхідний опір: . (1.15)
Коефіцієнти підсилення за струмом, напругою та потужністю, а також вхідний опір підсилювального каскаду залежать від схеми увімкнення транзистора.
Для аналітичного розрахунку кіл з транзисторами широко використовують схеми заміщення. Розповсюдженими є фізичні та формалізовані моделі транзистора. Такі методи придатні у випадку малих амплітуд вхідного сигналу, а транзистор розглядається як лінійний елемент.
1.1. Т-подібні схеми заміщення
У фізичній схемі заміщення її параметри пов’язані з фізичним (власними) параметрами транзистора. Власні параметри характеризують властивості самого транзистора незалежно від схеми його ввімкнення.
Схеми такого виду, які називаються Т-подібними (рис.1.2-1.4), відображають електричну структуру транзистора і враховують його підсилювальні властивості. В еквівалентних схемах потрібно мати на увазі, що на вхід під’єднується джерело коливань, що підсилюються, а на вихід увімкнене навантаження RН.
Основними власними параметрами транзистора є опори rЕ, rK і rБ, тобто опори емітера, колектора і бази для змінного струму. Опір rЕ складає десятки Ом, rБ – сотні Ом, а rK – сотні кілоомів і навіть одиниці мегаомів. До трьох опорів як четвертий власний параметр додають ще α – коефіцієнт передачі струму емітера.
Еквівалентна схема з генератором струму для транзистора, увімкненого у схемі зі спільною базою, подана на рис.1.2.
Рис.1.2. Еквівалентна Т-подібна схема біполярного транзистора з генератором струму для схеми зі СБ
Еквівалентна схема описується системою рівнянь
; (1.16)
; (1.17)
, (1.18)
З цієї системи рівнянь можна розрахувати коефіцієнти підсилення за струмом, напругою та потужністю, а також вхідний опір підсилювального каскаду.
Вихідний опір підсилювального каскаду зі СБ знаходиться за відімкненого навантаження із системи рівнянь (1.16-1.17) і з урахуванням наявності внутрішнього опору джерела сигналу:
, (1.19)
Спрощена еквівалентна схема для каскаду зі спільним емітером подана на рис.1.3.
Рис.1.3. Еквівалентна Т-подібна схема біполярного транзистора з генератором струму для схеми зі СЕ
У цій схемі для відображення реального підсилювального режиму роботи транзистора увімкнений додатковий генератор струму (ІБ. Диференційний опір колектора біполярного транзистора, увімкненого за схемою зі спільним емітером rK* становить:
. (1.20)
Подібно до схеми зі СБ, отримаємо:
; (1.21)
; (1.22)
, (1.23)
З цієї системи рівнянь можна розрахувати коефіцієнти підсилення за струмом, напругою та потужністю, а також вхідний опір підсилювального каскаду.
Вихідний опір підсилювального каскаду зі СБ знаходиться за відімкненого навантаження із системи рівнянь (1.21-1.22) і з урахуванням наявності внутрішнього опору джерела сигналу (1.19).
Еквівалентна схема на рис.1.4 відображає властивості каскаду зі спільним колектором.
Рис.1.4. Еквівалентна Т-подібна схема біполярного транзистора з генератором струму для схеми зі СК
; (1.24)
; (1.25)
З цієї системи рівнянь, з урахуванням (1.23), можна розрахувати коефіцієнти підсилення за струмом, напругою та потужністю, а також вхідний опір підсилювального каскаду.
Вихідний опір підсилювального каскаду зі СБ знаходиться за відімкненого навантаження із системи рівнянь (1.24-1.25) і з урахуванням наявності внутрішнього опору джерела сигналу (1.19).
Порівняльні властивості схем увімкнення транзисторів, що працюють у режимі підсилення подані у табл.1.1.
Таблиця 1.1
Тип схеми
Підсилення
Вхідний опір, Ом
KI
KU
KP
СБ
1
до 1000
до 1000
одиниці – десятки
СЕ
10–100
100
до 10 000
сотні
СК
10–100
1
до 100
десятки тисяч
1.2. Формалізовані моделі транзистора
Формалізовані моделі транзистора ґрунтуються на поданні транзистора у вигляді активного чотириполюсника (рис.1.3,а). Його можна охарактеризувати сім’єю нелінійних статичних характеристик, які пов’язують величини постійних напруг Uвх, Uвих та струмів Івх, Івих на вході і виході транзистора. Всі ці чотири величини взаємопов’язані, причому достатньо задати дві з них, щоб однозначно визначити за статичними характеристиками дві інші.
а б
Рис.1.3. Транзистор-чотириполюсник (а) та формальна еквівалентна схема транзистора для системи h-параметрів (б)
Якщо змінні напруги на переходах транзистора достатньо малі, струми в ньому виявляються лінійними функціями цих напруг. Транзистор у цьому випадку можна вважати лінійним чотириполюсником. При цьому два зовнішні виводи вважають вхідними, а відповідні їм струм та напругу позначають І1 та U1, а два інші виводи є вихідними з відповідними їм струмом І2 та напругою U2.
Якщо прийняти як незалежні змінні І1 та U2, а як залежні U1 та І2, то можна записати
(1.26)
Коефіцієнти h11, h12, h21 та h22, що входять у ці рівняння називаються h-параметрами. Ці параметри ще називаються «змішаними» або гібридними тому, що фізичні розмірності окремих параметрів є неоднаковими.
Кожен з h-параметрів має визначений фізичний зміст. Зокрема, параметр є вхідним опором транзистора при короткому замиканні на виході (U2=0) і вимірюється в омах.
Параметр називається коефіцієнтом зворотного зв’язку в режимі холостого ходу на вході (І1=0).
Параметр називається коефіцієнтом підсилення за струмом при короткозамкненому виході (U2=0).
Параметр являє собою величину вихідної провідності транзистора при розімкнених вхідних затискачах (І1=0) і вимірюється в мікросіменсах.
Рівнянням (1.26) відповідає еквівалентна схема, зображена на рис.1.3,б. У залежності від того, до якої схеми відносяться параметри, додатково до цифрових індексів ставляться букви: «Е» для схеми зі спільним емітером, «Б» для схеми зі спільною базою і «K» для схеми зі спільним колектором.
При будь-якій схемі ввімкнення h-параметри пов’язані з власними параметрами транзистора. Наприклад, для схеми зі СБ:
h11Б = rЕ + rБ(1 -( ); h21Б = -(;
h12Б = rБ /rK ; h22Б = 1/rК, (1.27),
а для схеми зі СЕ:
; ;
; . (1.28)
Між h-параметрами і власними параметрами, що відповідають Т-подібним еквівалентним схемам, існує певна залежність. Для схеми зі СБ ця залежність виражається співвідношеннями:
,
, , . (1.29)
Для схеми зі СЕ ця залежність буде такою:
,
, , (1.30)
Параметри транзистора в різних схемах вмикання також є зв’язані між собою, і при потребі, за відомих h-параметрів для однієї зі схем, можна отримати h-параметри для іншої схеми (табл.1.2).
Таблиця 1.2. Визначення h- параметрів
Схема зі СЕ
Схема зі СК
Схема зі СБ
У табл.1.3 для схем зі СЕ і СБ вказані значення h-параметрів, причому замість h22 даний вихідний опір 1/ h22.
Таблиця 1.3. Значення h-параметрів
Параметр
Схема зі СЕ
Схема зіСБ
h11
Сотні Ом ÷ одиниці кілоомів
Одиниці ÷ десятки Ом
h12
10-3 ÷10-4
10-3 ÷10-4
h21
Десятки ÷ сотні
0,950 ÷ 0,998
1/h22
Одиниці ÷ десятки кілоомів
Сотні кілоомів ÷ одиниці мегаомів
h-параметри наводяться у всіх довідниках, і їх зручно визначати експериментально, а також графічним шляхом за статичними характеристиками транзистора.
Задачі
Транзистор, що використовується у схемі підсилювача зі СЕ, має такі параметри: h11Е=1,4 кОм, h12Е=4,3(10-4, h21Е=45, h22Е=18 мкСм. Опір резистора навантаження RН=16 кОм, внутрішній опір джерела сигналу Rг=300 Ом. Визначити вхідний опір, вихідний опір, коефіцієнти підсилення за струмом, за напругою та за потужністю.
Транзистор, що використовується у схемі підсилювача зі СЕ, має наступні параметри: h11Е=800 Ом, h12Е=5(10-4, h21Е=48, h22Е=80 мкСм. Опір резистора навантаження RН=8 кОм, внутрішній опір джерела сигналу Rг=500 Ом. Визначити вхідний опір, вихідний опір, коефіцієнти підсилення за струмом, за напругою та за потужністю. Визначити вихідну потужність, якщо е.р.с. джерела сигналу Евх=100 мВ.
У підсилювальному каскаді, побудованому за схемою зі СЕ, використовується транзистор, що має наступні параметри: h11Е=500 Ом, h12Е=3(10-4, h21Е=50, h22Е=125 мкСм. Опір резистора навантаження RН=3 кОм, внутрішній опір джерела сигналу Rг=300 Ом. Визначити вихідну напругу, вихідний струм, якщо е.р.с. джерела сигналу Евх=2 мВ.
Транзистор, що використовується у схемі підсилювача зі СБ, має наступні значення h-парметрів: h11Б=18 Ом, h12Б=8(10-4, h21Б=–0,98, h22Б=1,6 мкСм. Опір резистора навантаження RН=2 кОм, внутрішній опір джерела сигналу Rг=600 Ом. Визначити вхідний опір, вихідний опір, коефіцієнти підсилення за струмом, за напругою та за потужністю. Визначити вихідну потужність, вихідну напругу, вихідний струм, якщо е.р.с. джерела сигналу Евх=100 мВ.
Транзистор, що використовується у схемі підсилювача зі СK, має наступні значення h-парметрів: h11K=22 кОм, h12K=1, h21K=-31, h22K=40 мкСм. Опір резистора навантаження RН=8 кОм, внутрішній опір джерела сигналу Rг=500 Ом. Визначити вхідний опір, вихідний опір, коефіцієнти підсилення за струмом, за напругою та за потужністю. Визначити вихідну потужність, вихідну напругу, вихідний струм, якщо е.р.с. джерела сигналу Евх=100 мВ.
Транзистор має наступні значення h-парметрів: h11Б=20 Ом, h12Б=1,65(10-4, h21Б=–0,99, h22Б=0,85 мкСм. Опір резистора навантаження RН=1 кОм, внутрішній опір джерела сигналу Rг=30 кОм. Визначити вхідний опір, вихідний опір, коефіцієнти підсилення за струмом, за напругою та за потужністю цього транзистора, якщо він увімкнений у схему зі СК.
У схемі зі СБ транзистор у робочій точці має наступні значення h-парметрів: h11Б=20 Ом, h12Б=1,8(10-4, h21Б=-0,99, h22Б=1 мкСм. Опір резистора навантаження RН=1 кОм, внутрішній опір джерела сигналу Rг=1,5 кОм. Визначити вхідний опір, вихідний опір, коефіцієнти підсилення за струмом, за напругою та за потужністю цього транзистора, якщо він увімкнений у схему підсилювача зі СЕ.
Транзистор, увімкнений за схемою зі СЕ у робочій точці має наступні значення h-парметрів: h11Е=1,6 кОм, h12Е=5(10-4, h21Е=75, h22Е=160 мкСм. Опір резистора навантаження RН=10 кОм, внутрішній опір джерела сигналу Rг=500 Ом. Визначити вхідний опір, коефіцієнти підсилення за струмом, за напругою та за потужністю цього транзистора, якщо він увімкнений у схему підсилювача зі СБ.
Транзистор, увімкнений у схему підсилювача зі СБ, має наступні значення власних параметрів: rБ=500 Ом, rЕ=45 Ом, rK=1 Мом і (=0,97. Опір резистора навантаження RН=2 кОм, внутрішній опір джерела сигналу Rг=500 Ом. Визначити вхідний опір, коефіцієнти підсилення за струмом, за напругою та за потужністю цього транзистора.
Транзистор, увімкнений у схему підсилювача зі СК, має наступні значення власних параметрів: rБ=500 Ом, rЕ=45 Ом, rK=1 Мом і (=0,97. Опір резистора навантаження RН=2 кОм, внутрішній опір джерела сигналу Rг=500 Ом. Визначити вхідний опір, коефіцієнти підсилення за струмом, за напругою та за потужністю цього транзистора.
Транзистор, увімкнений у схему підсилювача зі СЕ, має наступні значення власних параметрів: rБ=500 Ом, rЕ=45 Ом, rK=1 МОм і (=0,97. Опір резистора навантаження RН=2 кОм, внутрішній опір джерела сигналу Rг=500 Ом. Визначити вхідний опір, вихідний опір, коефіцієнти підсилення за струмом, за напругою та за потужністю цього транзистора.
Тема 2. Графоаналітичний розрахунок робочого режиму
У практичних схемах транзисторних підсилювачів у вихідне коло транзистора поряд з джерелом живлення вмикають опір навантаження, а у вхідне – джерело підсилюваного сигналу.
Режим роботи з навантаженням називається динамічним. У цьому режимі струми і напруги на електродах транзистора не залишаються постійними, а безперервно змінюються. Розглянемо роботу транзистора, увімкненого за найпоширенішою схемою зі спільним емітером, у динамічному режимі (рис.2.1,а).
а б в
Рис.2.1. Динамічний режим роботи транзистора: схема увімкнення (а); динамічна ха-рактеристика у сім’ї вихідних характеристик (б); вхідна динамічна характеристика (в)
У цій схемі напруга джерела живлення ЕK розподіляється між ділянкою колектор–емітер (виходом схеми і навантажувальним резистором RK так, що напруга
UKЕ =EK – IK RK. (2.1)
Вираз (2.1) являє собою рівняння динамічного режиму для вихідного кола. Зміни напруги на вході транзистора викликають відповідні зміни струму емітера, бази і, як наслідок, струму колектора IK. Це приводить до зміни напруги на RK, у результаті чого змінюється і напруга UKЕ.
Живлення транзистора у схемі зі СЕ відбувається від одного джерела живлення EK. Напруга на емітерний перехід подається через резистор RБ у колі бази. Величина опору цього резистора визначає вихідну величину постійного струму бази транзистора за відсутності вхідного сигналу.
Характеристики транзистора у динамічному режимі відрізняються від характеристик статичного режиму, оскільки вони визначаються не тільки властивостями самого транзистора, але і властивостями елементів схеми.
Найчастіше використовують вихідні та вхідні динамічні характеристики. На рис.2.1,б подані вихідні статичні характеристики транзистора і проведена навантажувальна пряма ab, яка відповідає опору навантаження RK.
Положення навантажувальної прямої на статичних характеристиках однозначно визначається напругою джерела живлення ЕK і опором резистора RK. Точка b перетину навантажувальної прямою з віссю напруг співпадає з точкою, в якій напруга на колекторі дорівнює ЕK. Положення цієї точки відповідає випадку, коли струм колектора дорівнює нулю. Точка а перетину навантажувальної прямої з віссю струмів співпадає з точкою, для якої виконується умова , оскільки струм колектора у випадку, якби транзистор можна було б відкрити повністю (або закоротити), обмежувався б лише величиною опру RK.
Всі проміжні положення точок на лінії навантаження визначають можливі напруги та струми у відповідних колах транзистора при подаванні сигналу з урахуванням опору навантаження. Робочу точку в режимі спокою найчастіше вибирають на середині навантажувальної прямої для постійного струму.
Вхідна динамічна характеристика для змінного струму є графіком залежності вхідного струму від вхідної напруги за наявності у вихідному колі опору навантаження. Отримати її можна перенесенням точок перетину вихідної динамічної характеристики для змінного струму з вихідними статичними характеристиками транзистора на сім’ю вхідних характеристик (перенести відповідні значення струмів бази). Оскільки вхідні статичні характеристики транзистора розташовуються щільно, часто для спрощення аналізу роботи і розрахунку транзистора вхідну динамічну характеристику не будують, а просто одну із вхідних статичних характеристик, яка відповідає деякій напрузі на колекторі, відмінній від нуля (переважно UКЕ=5 В), приймають за динамічну (рис.2.1,в).
Задачі
1. Транзистор увімкнений у підсилювальний каскад за схемою зі СЕ (рис.2.1,а). Каскад живиться від одного джерела з напругою EK=5 В. Для подавання зміщення у коло бази використовується резистор RБ. Відомо, що постійна складова струму бази ІБ0=2 мА, амплітуда змінної складової струму бази ІБm=0,5 мА, опір резистора навантаження RK=12,5 Ом, а максимально допустима потужність, що розсіюється колектором PK max=500 мВт.
Необхідно, використовуючи вхідну (рис.2.2,а) та вихідну (рис.2.2,б) динамічні характеристики транзистора:
а) побудувати лінію PK max;
б) за вихідними характеристиками знайти:
постійну складову струму колектора ІK0;
постійну складову напруги колектор–емітер UKЕ0;
амплітуду змінної складової струму колектора ІKm;
амплітуду вихідної напруги URm= UKЕm;
коефіцієнт підсилення за струмом KІ;
вихідну потужність Pвих;
повну потужність, що споживається в колекторному колі P0;
к.к.д. колекторного кола (;
потужність, що розсіюється на колекторі постійною складовою струму колектора, PK0;
перевірити, чи не перевищує потужність PK0, що розсіюється колектором у режимі спокою, максимально допустиму потужність PKmax.
в) за вхідною характеристикою визначити:
напругу зміщення UБЕ0;
амплітуду вхідного сигналу UБЕm;
а)
б)
Рис.2.2. Вольт-амперні характеристики біполярного транзистора: вхідна (а); сім’я вихідних (б)
вхідну потужність Pвx;
коефіцієнт підсилення за напругою KU;
коефіцієнт підсилення за потужністю KP;
вхідний опір каскаду Rвх;
опір резистора RБ і ємність розділювального конденсатора Ср.
Діапазон частот коливань, що підсилюються, становить 80 Гц – 5 кГц.
Методика розв’язування задачі
На сім’ї вихідних характеристик будуєм лінію максимально допустимої потужності, використовуючи рівняння .
Підставляючи у нього можливі для такого транзистора значення UKЕ, отримуємо значення ІK, що їм відповідають. Побудована за цими точками лінія є лінією максимально допустимої потужності.
Будуємо лінію навантаження на сім’ї вихідних характеристик, використовуючи рівняння UKЕ=EK–IK(RK. Точка b перетину навантажувальної прямою з віссю напруг співпадає з точкою, в якій напруга на колекторі дорівнює ЕK. Точка а перетину навантажувальної прямої з віссю струмів співпадає з точкою, для якої виконується умова .
Точка перетину лінії навантаження з характеристикою, що відповідає постійній складовій струму бази ІБ0, визначає робочу точку Р. Координати цієї точки визначають постійну складову струму колектора ІK0 і постійну складову напруги колектор–емітер UKЕ0.
На лінії навантаження будуємо точки А і Б, які відповідають точкам перетину лінії навантаження з характеристиками, що відповідають базовим струмам ІБ0+ІБm і ІБ0–ІБm.
За координатами точок А і В визначаємо максимальне ІKmax та мінімальне ІKmin значення сигналу на виході. Амплітуда змінної складової струму колектора визначається як середнє значення:
.
Амплітуда змінної напруги на навантаженні .
Коефіцієнт підсилення за струмом .
Вихідна потужність .
Повна потужність в колекторному колі .
Коефіцієнт корисної дії колекторного кола .
Потужність, що розсіюється на колекторі постійною складовою струму колектора, .
Якщо PK0< PK max, то режим роботи є допустимим.
На вихідній характеристиці відкладаємо точку Р/, яка відповідає базовому струму ІБ0, і точки А/ і В/, що відповідають базовим струмам ІБ0+ІБm і ІБ0–ІБm. Визначаємо за координатами точок А/ і В/ максимальне UБЕmax та мінімальне UБЕmin значення напруги вхідного сигналу.
Амплітуда вхідної напруги визначається як середнє значення:
.
Модуль коефіцієнта підсилення за напругою .
Коефіцієнт підсилення за потужністю .
Вхідна потужність .
Вхідний опір .
Опір резистора у колі бази .
Ємність конденсатора Ср визначається з умови
,
де (н – нижня робоча частота.
2. Для робочої точки підсилювального каскаду, розглянутого у попередній задачі, знайти параметри h21E, h22E, Rвих=1/h22E, h11E і аналітично розрахувати величини KI, KU, KP, Rвх. Результати порівняти з результатами, отриманими у попередній задачі.
Тема 3. Розрахунок підсилювальних каскадів на біполярних транзисторах
3.1. Резистивний підсилювальний каскад у схемі зі спільним емітером
У практичних схемах підсилювальних каскадів струм зміщення ІБ0 і напруга зміщення UБЕ0 задаються від джерела живлення EK. При цьому у схему вводять додаткові елементи зміщення, які впливають на режим роботи підсилювального каскаду.
Типові схеми резистивних каскадів підсилення у схемі зі спільним емітером подані на рис.3.1.
а б в
Рис. 3.1. Схеми підсилювальних каскадів на біполярному транзисторі у схемі зі спільним емітером: з фіксованим струмом бази (а); з фіксованою напругою бази (б); з емітерною стабілізацією (в)
Метод забезпечення режиму роботи транзистора за постійним струмом, за якого початковий струм бази не залежить від параметрів транзистора та їх змін і визначається лише зовнішніми параметрами, називають методом зміщення фіксованим струмом бази (рис.3.1,а).
Опори резисторів схеми визначаються з виразів:
; . (3.1)
Струм спокою бази . (3.2)
Напруга зміщення може подаватись на базу транзистора від одного джерела EK за допомогою подільника з резисторів R1 і R2. Такий спосіб забезпечення режиму роботи називають зміщенням фіксованою напругою база-емітер (рис.3.1,б).
Для елементів такої схеми справедливими є вирази:
; ; , (3.3)
де ІД – струм базового подільника напруги, який, в залежності від значення струму спокою бази, складає .
В каскадах на біполярних транзисторах найрозповсюдженішою і найефективнішою є схема емітерної стабілізації, варіант якої зображений на рис.3.1,в.
Елементи такої схеми розраховуються з виразів:
;;
;, (3.4)
де = RЕ( ІK0 – спад напруги на емітерному резисторі.
Основні параметри підсилювального каскаду зі СЕ KI, KU, Rвх, Rвих визначаються з аналізу його еквівалентної схеми.
Опір навантаження колекторного кола для змінного струму RКН визначається виразом . (3.5)
Вхідний опір підсилювального каскаду зі СЕ буде дорівнювати
, (3.6)
де – вхідний опір біполярного транзистора.
Якщо паралельно до вхідного опору транзистора увімкнені два резистори подільника R1 і R2, то
. (3.7)
Коефіцієнт підсилення за струмом:
. (3.8)
Оскільки в більшості випадків виконується нерівність , то
. (3.9)
Коефіцієнт підсилення за напругою каскаду буде дорівнювати
, (3.10)
де .
Наскрізний коефіцієнт підсилення
. (3.11)
Якщо на підсилювальний каскад подається сигнал від джерела напруги (Rвх>>Rг), то наскрізний коефіцієнт підсилення KE(KU.
Вихідний опір підсилювального каскаду зі СЕ для нижніх частот без урахування опору резистора колекторного кола RK :
, (3.12)
де
Якщо на підсилювальний каскад подається сигнал від джерела напруги, у якого дуже малий внутрішній опір, то можна вважати рівним нулю і . Враховуючи опір резистора RK, який зменшує вихідний опір підсилювального каскаду, отримаємо
. (3.13)
Верхня гранична частота підсилення каскаду FВ визначається за формулою:
, (3.14)
де , . (3.15)
3.2. Резистивний каскад підсилення у схемі зі спільною базою
Каскади транзисторного підсилювача у схемі зі спільною базою мають обмежене застосування в електронних пристроях. Електрична принципова схема каскаду в схемі зі СБ наведена на рис.3.2,а.
а) б)
Рис.3.2. Схема підсилювальних каскадів на біполярному транзисторі у схемі зі спільною базою (а) та зі спільним колектором (б)
Елементи такої схеми розраховуються з виразів:
; ; (3.16)
; , (3.17)
де = RЕ( ІK0 – спад напруги на емітерному резисторі,
ІД – струм базового подільника напруги, який в залежності від значення струму спокою бази складає .
Основні параметри підсилювального каскаду зі СЕ KI, KU, Rвх, Rвих визначаються з аналізу його еквівалентної схеми.
Опір навантаження колекторного кола для змінного струму RKН визначається виразом .
З урахуванням опору резистора RЕ вхідний опір підсилювального каскаду зі СБ буде дорівнювати
, (3.18)
де , , .
Коефіцієнт підсилення за струмом
. (3.19)
Коефіцієнт підсилення за напругою каскаду буде дорівнювати
. (3.20)
Наскрізний коефіцієнт підсилення
, (3.21)
де
Вихідний опір підсилювального каскаду зі СБ для нижніх частот без урахування опору резистора колекторного кола RK:
. (3.22)
Вихідний опір підсилювального каскаду зі СБ:
. (3
22.03.2013 00:03-
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора