МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ Учреждение образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники»
Контрольная работа №2 по курсу «Электронные приборы»
Выполнил: студент гр. 783371 Артёмов Игорь Андреевич
Минск 2018 Последние цифры зачетной книжки - 02 Задача 1 Нарисовать схему одиночного усилительного каскада на БТ с ОЭ и эмиттерной стабилизацией и выполнить расчет элементов схемы, задающих рабочую точку.
Тип транзистора КТ 301 Б. U_K0=8 В,I_K0=3 мА
Выполнить графоаналитический расчет усилительного каскада в режиме класса «А». При расчетах использовать выходные статические характеристики транзистора. Решение
Напряжение источника питания определяется из условия U_ИП=2U_K0 , а напряжение в резисторе R_k определяется выражением U_RK= U_K0 По статическим характеристикам определим h-параметры транзистора. Выполняем построение нагрузочной прямой, которая описывается уравнением . Прямая проводится через две точки, лежащие на осях координат: точку с координатами , на оси напряжений и точку с координатами , на оси токов. В рассматриваемом каскаде БТ работает в режиме класса «А», и положение рабочей точки задается примерно на середине нагрузочной прямой. Поэтому напряжение источника питания определяется из условия
,
а напряжение на резисторе определяется выражением
.
Падение напряжения на резисторе рекомендуется выбирать из диапазона значений .
Вычислим сопротивления резисторов и .
Для обеспечения хорошей стабилизации рабочей точки ток делителя в цепи базы должен быть больше тока базы . Напряжение на базе БТ определяется как . Напряжение для германиевых транзисторов лежит в диапазоне 0,2…0,4 В, для кремниевых – 0,6…0,8 В.
Входное сопротивление:
Коэффициент обратной связи по напряжению:
Коэффициент передачи по току:
Выходная проводимость:
С учетом связи между токами транзистора сопротивления резисторов делителя находим согласно выражениям: , . - коэффициент передачи по току.
В результате графоаналитического расчета определим максимальную величину неискаженного сигнала: амплитуды тока и напряжения, мощности в нагрузке и КПД каскада. Предельные параметры транзистора:
На входных характеристиках транзистора строится кривая допустимой мощности .
Максимальные значения амплитуды полуволн неискаженного сигнала соответствуют пересечению нагрузочной прямой со статическими характеристиками в точке «В» – режим насыщения и в точке «С» – режим отсечки. Рабочая точка «А» находится на середине нагрузочной прямой , тогда .
Максимальная мощность неискаженного сигнала определяется выражением: , мощность, потребляемая от источника питания: , тогда коэффициент полезного действия: .
Задача 2
Нарисовать схему электронного ключа на БТ с ОЭ и построить его передаточную характеристику . если сопротивление нагрузки . Тип транзистора, напряжение питания, сопротивление резистора в цепи коллектора использовать в соответствии с исходными данными и решением задачи № 1. Сопротивление резистора в цепи базы принять равным входному сопротивлению БТ . Решение Принципиальная схема электронного ключа на БТ и эквивалентная схема ключа.
Найдем параметры эквивалентной схемы ключа:
На семействе выходных характеристик БТ проводим нагрузочную прямую, описываемую уравнением , через две точки, лежащие на осях координат: точку с координатами , на оси напряжений и точку с координатами , на оси токов. Найдем точки пересечения нагрузочной прямой с кривыми , которые определяют токи базы и выходные напряжения ключа ( ), где N – количество таких точек. Входная ВАХ БТ , соответствующая , позволяет найти напряжения , соответствующие выходным напряжениям . В качестве напряжения , соответствующего , используют пороговое напряжение , которое определяется напряжением точки пересечения прямой, аппроксимирующей входную ВАХ при больших значениях тока базы, с осью абсцисс. Тогда соответствующие входные напряжения вычисляются согласно выражению: . Полученные пары значений и позволяют построить передаточную характеристику ключа. Высокий выходной уровень соответствует работе БТ в режиме отсечки (точка «1»): . Низкий выходной уровень соответствует работе в режиме насыщения (точка «3») . Построим нагрузочную прямую:
Передаточная характеристика ключа
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. При более точных расчетах передаточной характеристики ключа необходимо учитывать зависимость статического коэффициента передачи по току от величины тока базы . Задача 3
Изобразить принципиальные схемы инвертирующего и неинвертирующего усилителя на основе ОУ и рассчитать для каждого усилителя коэффициент усиления КОС, входное RВХ.ОС и выходное RВЫХ.ОС сопротивление. R = 20 кОм, RОС = 100 кОм, К = 40000, RВХ = 600 кОм, RВЫХ = 0,4 кОм, Т0 = 1 мкс, Uвых = 6 В, Uнеинв = 4 В. Изобразить принципиальную схему автоколебательного мультивибратора на ОУ и выполнить расчет ее элементов С1, R1, R2 и R3 по заданным параметрам Т0, Uвых и Uнеинв.
Решение Схемы инвертирующего и неинвертирующего усилителей на основе ОУ приведены на рис. 3.1 и 3.2 соответственно.
Рисунок 3.1 Рисунок 3.2 Расчет инвертирующего и неинвертирующего усилителей на ОУ сводится к определению параметров цепи отрицательной обратной связи (ОС), которой охвачен усилитель, поскольку все его параметры определяются цепью ОС. Коэффициент усиления по напряжению усилителя, охваченного петлей отрицательной ОС, можно рассчитать по формуле , где – собственный коэффициент усиления по напряжению ОУ; – коэффициент передачи цепи ОС. Для схемы инвертирующего усилителя (рис. 3.1) коэффициент передачи цепи ОС .
В случае реального ОУ коэффициент усиления инвертирующего усилителя определяется выражением , где . Знак «минус» отражает инвертирование входного сигнала. В случае идеального ОУ , тогда . Для схемы неинвертирующего усилителя (рис. 5.2) коэффициент передачи цепи ОС . В случае реального ОУ коэффициент усиления неинвертирующего усилителя определяется выражением
Дифференциальное входное сопротивление инвертирующего усилителя определяется сопротивлением резистора на входе . Входное сопротивление неинвертирующего усилителя определяется как входное сопротивление усилителя, охваченного последовательной отрицательной ОС , где – входное сопротивление ОУ без ОС. Выходное сопротивление для обеих схем усилителей определяется как . Тогда для инвертирующего усилителя:
А для неинвертирующего усилителя:
Изобразим принципиальную схему автоколебательного мультивибратора на ОУ (рис.3.3).
Рисунок 3.3 - Принципиальная схема автоколебательного мультивибратора на ОУ Сопротивление резистора R1 выбираем равным Rос, а резистора R3 много больше Rвых. R1 = Rос = 20 кОм, R3 = 50 кОм
Тогда
Период колебаний мультивибратора определяется выражением
