Характеристика схемы усилительного каскада

Размещено на http://www.allbest.ru/

Контрольная работа

Задача 1

Нарисовать схему одиночного усилительного каскада на БТ с ОЭ и эмиттерной стабилизацией и выполнить расчет элементов схемы, задающих рабочую точку. Исходные данные для расчета

Тип транзистора КТ342A, UК0 =2 (В), IК0 =30 (мА)

Выполнить графоаналитический расчет усилительного каскада в режиме класса «А». При расчетах использовать выходные статические характеристики транзистора.

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 UИП = 2·UК0= 4 (В), а напряжение на резисторе RК определяется выражением URК =UИП -UК0= UК0=2 (В). Падение напряжения на резисторе RЭ рекомендуется выбирать из диапазона значений

UЭ = (0.05..0.1)UИП.= 0.3 (В)

Затем вычисляем сопротивления резисторов

RЭ= UЭ/IЭ= URЭ/IК=0.3 В/30 мА=10 (Ом)и RК =URК/IК =2 В/30 мА=66.7 (Ом).

Для обеспечения хорошей стабилизации рабочей точки ток делителя в цепи базы должен быть больше тока базы IД =(5..10)IБ . Напряжение на базе БТ определяется как UБ = UБЭ + UЭ . Напряжение UБЭ для германиевых транзисторов лежит в диапазоне 0.2…0.4 В, для кремниевых 0.6…0.8 В.

С учетом связи между токами транзистора IБ = IК /ѓА=30/125=0.24 (мА), IД =2 (мА). ѓА=125 сопротивления резисторов делителя находим согласно выражениям:

R2 = UБ /IД=0.7 В/2 мА=350 (Ом)

R1 =(UИП -UБ)/(IД + IБ)?(UИП ?UБ )/IД =(4-0.7) В/2 мА=1650 (Ом)

В результате графоаналитического расчета необходимо определить максимальную величину неискаженного сигнала: амплитуды тока и напряжения, мощности в нагрузке и КПД каскада.

Графоаналитический расчет усилителя проводится в следующем порядке.

По справочнику определяются его максимально допустимые параметры: постоянный ток коллектора IК max=50 (мА); постоянное напряжение коллектор-эмиттер UКЭmax=10 (В); постоянная рассеиваемая мощность коллектора PК max=0.25 (Вт). На семействе выходных характеристик транзистора, как показано на рис. 2.2, строится область допустимых режимов, ограниченная IК max, UКЭmax, PК max.

Выполняется построение нагрузочной прямой, которая описывается уравнением IК =(UИП ?UКЭ)/RК. Прямая проводится через две точки, лежащие на осях координат: точку с координатами IК =0 , UКЭ = UИП=4 (В) на оси напряжений и точку с координатами IК =UИП /RК =4/66.7=60(мА), UКЭ = 0 на оси токов.

Максимальные значения амплитуды полуволн неискаженного сигнала соответствуют пересечению нагрузочной прямой со статическими характеристиками в точке «С» - режим насыщения и в точке «В» - режим отсечки. Рабочая точка «О» находится на середине нагрузочной прямой.

Uкm=1.9 (В),Iкm=27(мА)

Максимальная мощность неискаженного сигнала определяется выражением: Pкm=0.5·Uкm·Iкm=0.5·1.9·27=25.65 (мВт) мощность, потребляемая от источника питания:

P0 = UК0 ?IК0=2·30=60 (мВт)

коэффициент полезного действия:

ѓЕ =Pкm/P0=25.65/60=0.43

Задача 2

Нарисовать схему электронного ключа на БТ с ОЭ и построить его передаточную характеристику Uвых= f (Uвх) . если сопротивление нагрузки

RН = 5RК. 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 RБ = h11э рассчитанному для рабочей точки задачи № 1

Передаточная характеристика Uвых= f (Uвх)электронного ключа на БТ, принципиальная схема которого представлена на рис. 4.1, выполняется в следующей последовательности.

Находим параметры эквивалентной схемы ключа, показанной на рис. 4.1:

UИПэкв=UИП·(RH/(RK+RH))=4·(5/6)=3.33 (B)

RKэкв=(RH· RK)/ (RK+RH)=(5/6)·66.7=55.6 (Ом)

На семействе выходных характеристик БТ IК=f( UКЭ) (приIБconst) проводим нагрузочную прямую (рис. 4.2), описываемую уравнением

IK=(UИПэкв- UКЭ)/RKэквчерез две точки, лежащие на осях координат: точку с координатами (IК = 0 ,UКЭ = UИП экв) на оси напряжений и точку с координатами (IK=UИПэкв/RKэкв ,UКЭ = 0) на оси токов.Находим точки пересечения нагрузочной прямой с кривыми, которые определяют токи базы IБiи выходные напряжения ключа Uвых i = UКЭ i (i = 1,..,N), где N - количество таких точек.

соответствующие входные напряжения вычисляются согласно выражению:

Uвх i = UБЭ i + IБi ?RБ. RБ=160 (Ом)

Полученные пары значений Uвых i и Uвх i позволяют построить передаточную характеристику ключа, представленную.

№ точки	1	2	3	4	5	6	7	8
Uкэ i,В	2.8	2.38	2.0	1.7	1.4	1.09	0.84	0.55
Iб i ,мА	0.05	0.1	0.15	0.2	0.25	0.3	0.35	0.4
Uбэ i,В	0.6	0.647	0.66	0.663	0.667	0.67	0.673	0.68
Uвх i,В	0.608	0.663	0.684	0.695	0.707	0.718	0.729	0.744

Задача 3

Изобразить принципиальные схемы инвертирующего и неинвертирующе-

го усилителя на основе ОУ и рассчитать для каждого усилителя коэффициентусиления KОС , входное Rвх.ОС и выходное Rвых.ОС сопротивление. Исходныеданные

R=25 кОм, RОС=250 кОм, К=20000, RВХ=300 кОм, RВЫХ=0.8 кОм

Изображаем схемы инвертирующего и неинвертирующего усилителей.

В случае идеального ОУ K > ? , тогда

В случае реального ОУ коэффициент усиления инвертирующего усилителя определяется выражением



В случае реального ОУ коэффициент усиления неинвертирующего усилителя определяется выражением

Дифференциальное входное сопротивление инвертирующего усилителя определяется сопротивлением резистора на входе

Rвх.ОС=R=25 (кОм)

Входное сопротивление неинвертирующего усилителя определяется как входное сопротивление усилителя, охваченного последовательной отрицательной ОС

Rвх.ОС= Rвх·(1+в?K)=300·(1+0.091·20000)=546.3 (МОм)

Выходное сопротивление для обеих схем усилителей определяется как

Rвых.ОС = Rвых./(1+в?K)= 800/(1+0.091?20000)=0.44(Ом)

На вход резонансного усилителя подается АМ-колебание вида При этом частота несущего колебания fн совпадает с резонансной частотой контура fk.

Определить необходимую полосу пропускания контура, его добротность и сопротивление потерь в контуре, при которых АМ-колебание будет проходить через усилитель без искажений.

Рассчитать и построить спектр АМ-колебания на выходе усилителя.

Исходные данные:

Um=4 B; fк=700 кГц; FM=13 кГц; m=60%; L=600 мкГн; С=- пФ; k=0.03;

Как изменится спектр сигнала на выходе усилителя, если абсолютная расстройка ? Построить (качественно) спектр выходного сигнала и его векторную диаграмму для указанной в задании расстройки.

Решение:

Из условия, что резонансная частота контура определяется значением fн определяем необходимую емкость контура:

Определяем ширину спектра сигнала:

Определяем добротность контура:

Определяем сопротивление потерь в контуре:



Рассчитываем и строим спектр и векторную диаграмму выходного сигнала:

Несущая амплитуда:

Боковые амплитуды:

Рассмотрим изменение сигнала при заданной расстройке Д=8 кГц

Рассчитываем величину относительной расстройки:

Тогда, при заданной расстройке величина выходного сигнала на резонансной частоте:

Для этого значения строим спектр AМ сигнала.

Векторная диаграмма АМ сигнала при заданной расстройке

Автогенератор с контуром в цепи коллектора и индуктивной связью генерирует колебания с частотой f0 = 1 МГц. Добротность контура Q = 50, взаимная индуктивность М = 5 мкГн.

Характеристика транзистора аппроксимируется полиномом третьей степени . Выбрать величину смещения на базе транзистора для мягкого и жесткого режимов работы автогенератора и оценить амплитуды стационарных колебаний для этих режимов.

Решение:

Воспользуемся тригонометрическими формулами:

Путем подстановки этих выражений в исходную характеристику транзистора, получаем выражение тока с разложением на гармонические составляющие: усилительный каскад транзистор модулятор

В соответствии с условием задачи,

Соответственно, средняя крутизна вольт амперной характеристики транзистора определяется выражением:

По заданным параметрам определяем числовое значение средней крутизны:

По заданному выражению i(U) и полученному S(U) строим соответствующие графики.

По построенной характеристике S(U) делаем вывод, что автогенератор работает в жестком режиме. При этом, уравнение SСР= S(U) имеет два решения. Т.к более устойчивым является большее значение UmБЭ , то по графику находим соответствующее решение для найденного SСР=0.6 мА/В. UmБЭ =3.5 В - величина смещения на базе транзистора.

Задаем значение индуктивности таким образом, чтобы значение коэффициента обратной связи

Представление схемы генератора с контуром в цепи коллектора в виде обобщенной схемы

Соответственно, величина амплитуды напряжения на коллекторе

Начертить спроектированную на транзисторах КТ315Б схему симметричного мультивибратора, произвести расчет всех элементов схемы, определить амплитуду и время нарастания выходного напряжения, построить в масштабе временные диаграммы, иллюстрирующие работу рассчитанного устройства, если напряжение источника питания в каждом варианте ЕК=10 В. Для ждущего режима определить параметры запускающего импульса. Исходные данные:

Режим работы - Ждущий режим

Частота запуска fЗАП.=0.7 кГц; длительность импульса ф=2 мс.

1. Выписываем справочные параметры транзистора КТ315Б.

- граничная частота транзистора в схеме с общей базой.

- максимальное допустимое напряжение между базой и коллектором

- минимальное значение коэффициента усиления по току.

- импульсный ток коллектора.

2. Рассчитаем сопротивление резистора в цепи коллектора транзистора VT2.

Где Iк2.нас - ток насыщения коллектора транзистора VT2 при указанной в исходных данных температуре окружающей среды

Iк.нас ? Iки

Принимаем, что температура окружающей среды равна 20оС

Тогда: Iк.нас = Iки=100 мА.

Кзап - коэффициент запаса. Обычно, в целях экономичности работы схемы принимают Кзап = 6 - 8.

Амплитуда выходного напряжения:

Принимаем

Принимаем

3. Рассчитаем сопротивление резистора Rэ .

Rэ = U1 •Rк2 •h21э / (h21э + Кнас)( Uип - U1 )

Где U1 - падение напряжения на резисторе Rэ в режиме ожидания. Обычно выбирают U1 = (0.2 ..0.3) •Uип=(0.2 ..0.3) •10=2.5 B

Кнас - коэффициент насыщения транзистора в схеме ждущего мультивибратора. Для ждущего мультивибратора рекомендуется выбирать Кнас в пределах 1.2 - 1.4



4. Рассчитаем сопротивление резистора коллекторной цепи транзистора VT1. Rк1 = (2 ..3)•Rк2 =(2 ..3)•620=(1240..1860)=1500 Ом.

5. Рассчитаем сопротивления резисторов входного делителя.

R1 = h21э •(Rк1 - Rк2) / Кнас=30•(1500-620)/1.3=20307 Ом=20 кОм.

R2 = h21э •R1 •Rэ / (h21э •Rк1 - Кнас •R1)=30•20•103•200/(30•1500-1.3•20•103)=6315 Ом=6.2 кОм

6. Рассчитаем сопротивление резистора и емкость конденсатора времязадающей цепи.

R = h21э • Rк2 / Кнас=30•620/1.3=14307 Ом=15 кОм C = tи / 0.7•R=2•10-3/0.7•15•103=1.9•10-7 Ф=0.2 мкФ.

7. Проверим длительности tф и tс.

фб = 0.16/ fh21б=0.16/250•106=6.4•10-10 c tф = tс = 3•фб =3• 6.4•10-10=6.4•10-10=19.2•10-10 c< ф

Полученные значения не превышают заданных, следовательно, рассчитанные значения емкостей оставляем.

8. Рассчитаем время восстановления, то есть время заряда емкости С после окончания обратного переключения.

tв = 4• Rк1 •С = 4•1500 •0.2•10-6= 0.0012 c=1.2 мс

tп = Т - tв=2•ф- tв=2•2-1.2=2.8 мс

Если tв значительно меньше tп , то схема будет возвращаться в исходное состояние задолго до прихода следующего управляющего импульса.

9. Рассчитаем емкость разделительного конденсатора

Ср = Т / 6• (R1 + Rи)

Где Rи - сопротивление источника входного сигнала (принять Rи = 1 кОм)

Ср = Т / 6• (R1 + Rи)=2•2•10-3/6•(20000+1000)=31•10-9 Ф=33 пФ

На вход схему амплитудного модулятора, вольт-амперная характеристика нелинейного элемента которого задана уравнением подается напряжение несущей частоты fн и звуковой частоты FM c амплитудами Um и UM соответственно.

Определить коэффициент модуляции напряжения на контуре, добротность и параметры, при которых обеспечится прохождение АМ-колебания без искажений. Изобразить принципиальную электрическую схему базового модулятора и показать амплитудно-частотные спектры входного и выходного напряжений.

Исходные данные:

Номер варианта	f0, МГц	FM, кГц	C, пФ	L, мкГн	Um, В	UM, В
4	3	2	-	400	3	2

В соответствии с заданием обозначаем а1=8, а2=0.25 и находим в общем виде выражение для выходного тока:



На несущей частоте получаем:

Из этой формулы определяем значение коэффициента модуляции:

Необходимое значение добротности:

Параметры, при которых обеспечится прохождение АМ-колебания без искажений. При заданном значении индуктивности L определяем величину необходимой емкости.

Изображаем принципиальную электрическую схему базового модулятора

Для построения амплитудно-частотного спектра входного и выходного сигналов рассчитываем амплитуды выходного сигнала на основной и боковой частотах:

Задача №5 На вход полупроводникового диодного детектора с характеристикой подано амплитудно-модулированное колебание

где Um, щ - амплитуда и угловая частота несущего колебания соответственно, Щ- угловая частота модулирующего колебания, m - коэффициент модуляции. Параметры сигнала и схемы приведены в табл. 2.9. Выбрать значение емкости С, включенной параллельно сопротивлению R нагрузки детектора, для осуществления фильтрации высокочастотных составляющих.

Рассчитать коэффициенты передачи детектора по постоянному и переменному токам, коэффициент нелинейных искажений продетектированного низкочастотного напряжения и коэффициент усиления детектора.

Параметры сигналов и схемы:

Um=4 B; m=60 %; fн=5.0 МГц; FM=10 кГц; a0=9 мА;

a1=4 мА/В; a2=0.1 мА/В2; R=2 кОм

1. Определяем вид сигнала на выходе детектора в соответствии с заданной характеристикой.

По проведенным расчетам записываем коэффициенты при различных гармонических составляющих:

Значение емкости С, включенной параллельно сопротивлению R нагрузки детектора, для осуществления фильтрации высокочастотных составляющих

По заданному уравнению строим нелинейную характеристику диода:

Принимаем серединное значение

Коэффициент передачи детектора по постоянному току:

Коэффициент передачи детектора по переменному току:

Коэффициент нелинейных искажений продетектированного низкочастотного напряжения:

Определяем крутизну характеристики диода:

Коэффициент усиления детектора определяем как:

Размещено на Allbest.ru