Скачать .docx |
Реферат: Контрольная работа: Функциональные устройства телекоммуникаций
Контрольное задание №1
Исходные данные (Вариант №4):
Еп, В | 9 |
I0K, мА | 12 |
U0КЭ , В | 4 |
EГ , мВ | 50 |
RГ , кОм | 0,6 |
fН , Гц | 120 |
fВ , кГц | 10 |
M, дБ | 1 |
tСМИН , о C | 0 |
tСМАКС , о C | 35 |
Изобразим полную принципиальную схему предварительного каскада элементами связи с источником сигнала и последующим каскадом.
Выберем тип транзистора исходя из заданного режима его работы и частоты верхнего среза усилителя fВ
Еп=9В; I0K =12 мА; fВ =10кГц
Возьмем низкочастотный транзистор малой мощности. Например ГТ108А [3]. Это германиевый сплавной транзистор p-n-p типа.
Выпишем его основные параметры из справочника [3]:
Параметры | Режим измерения | ГТ108А |
h21ЭМИН | UКЭ =-5В; IЭ =1 мА; tС =20 о C | 20 |
h21ЭМАКС | 55 | |
СК, пФ | UКБ =-5В; f=465 кГц | 50 |
τК, нс | UКБ =-5В; f=465 кГц | 5 |
fh21Э, МГц | UКЭ =-5В; IЭ =1 мА | 0,5 |
IКБО, мкА | UКБ =-5В; tС =20 о C | 15 |
Рассчитаем параметры малосигнальной модели биполярного транзистора [1].
Среднее значение коэффициента передачи тока равно:
(1.1)
h 21Э =33,2.
Выходная проводимость определяется как
(1.2)
h 22Э =1,2*10-4 См.
Здесь UA — напряжение Эрли, равное 70... 150 В у транзисторов типа р-n-р.
Объемное сопротивление области базы rБ можно определить из постоянного времени τК коллекторного перехода:
(1.3)
rБ =100 Ом
Дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода определяется по формуле:
(1.4)
r Б’Э =74 Ом
где =2,2 Ом дифференциальное сопротивление эмиттера;
0,026 В — температурный потенциал при Т= 300 К;
m=1 — поправочный коэффициент, принимаемый примерно равным 1 для германиевых транзисторов.
Входное сопротивление транзистора:
(1.5)
h 11Э =174 Ом
Емкость эмиттерного перехода равна:
(1.6)
СБ’Э =4,3 нФ
Проводимость прямой передачи:
(1.7)
Y21Э =0,191 См
Рассчитаем параметры эквивалентной схемы биполярного транзистора по дрейфу [1].
Минимальная температура перехода транзистора
(1.8)
где PK — мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора;
(1.9)
PK =48 мВт,
RПС =0,5 °С/мВт,
tПmin = 14,4°С.
Максимальная рабочая температура перехода:
tПmax = tСmax + RПС PK (1.10)
tПmax =49,4°С
Значение параметра h/ 21Э транзистора при минимальной температуре перехода:
(1.11)
h/ 21Э =26,4.
Значение параметра h// 21Э транзистора при максимальной рабочей температуре перехода:
(1.12)
h// 21Э =52,3.
Изменение параметра Δh21Э в диапазоне температур:
(1.13)
Δh21Э =26
Изменение обратного тока коллектора в диапазоне температур:
(1.14)
ΔIКБ0 =81 мкА,
где α — коэффициент, принимаемый для германиевых транзисторов в интервале 0,03— 0,035
Эквивалентное изменение тока в цепи базы в диапазоне температур:
(1.15)
ΔI0 =0,4 мА
Эквивалентное изменение напряжения в цепи базы, вызванное изменением температуры окружающей среды:
(1.16)
ΔU0 =0,12В
Рассчитаем элементы эммитерной стабилизации тока покоя транзистора:
Зададимся падением напряжением на сопротивлении RЭ в цепи эмиттера транзистора равным
URЭ =0,2Eп=1,8В (1.17)
Определим сопротивление этого резистора:
(1.18)
RЭ =150 Ом
а также сопротивление резистора в цепи коллектора:
(1.19)
RК =267 Ом
Округлим их значения до ближайших стандартных, они будут равны соответственно 150 Ом и 270 Ом
Зададимся допустимым изменением тока коллектора в диапазоне температур из условия
(1.20)
ΔI0К =0,5I0K =6 мА
При этом необходимо учитывать, что меньшее значение изменения этого тока приводит к увеличению тока, потребляемого резистивным делителем в цепи базы, к снижению входного сопротивления и ухудшению КПД каскада.
Исходя из требуемой стабилизации тока покоя каскада, определяют эквивалентное сопротивление в цепи базы транзистора:
(1.21)
RБ =4,2 кОм (стандартная величина – 4,3 кОм)
Рассчитаем ток базы в рабочей точке:
(1.22)
IОБ =0,36 мА
Пусть U0БЭ =0,3 В
Напряжение на нижнем плече резистивного делителя в цепи базы:
(1.23)
URБ2 =2,1 В
Сопротивление верхнего плеча резистивного делителя в цепи базы:
(1.24)
RБ1 =10 кОм (стандартная величина – 10 кОм)
Сопротивление нижнего плеча делителя в цепи базы:
(1.25)
RБ2 =4,2 кОм (стандартная величина – 4,3 кОм)
Входные сопротивления рассчитываемого RВХ и последующего RВХ2 = RН каскадов:
(1.26)
RВХ1 =167 Ом
Выходное сопротивление каскада:
(1.27)
RВЫХ =260 Ом
Определим емкости разделительных (СР1 и СР2 ) и блокировочного (СЭ )конденсаторов. Эти конденсаторы вносят частотные искажения в области нижних частот примерно в равной степени. В связи с этим заданные на каскад частотные искажения МН (дБ) в децибелах целесообразно распределить поровну между данными элементами:
МНСР1 =МНСР2 =МНСЭ = 0,33 дБ
Емкость первого разделительного конденсатора:
(1.28)
СР1 =6,1 мкФ (стандартная величина – 6,2 мкФ)
Емкость второго разделительного конденсатора:
(1.29)
СР2 =11 мкФ (стандартная величина – 10 мкФ)
Емкость блокировочного конденсатора в цепи эмиттера:
(1.30)
где
(1.31)
М0 =7,7;
СЭ =238 мкФ (стандартная величина – 240 мкФ);
Сопротивление нагрузки каскада по переменному току:
(1.32)
=103 Ом
Коэффициент передачи каскада по напряжению:
(1.33)
КU =20
Сквозной коэффициент передачи по напряжению:
(1.34)
КЕ =4,2
Выходное напряжение каскада:
(1.35)
UВЫХ =213 мВ
Коэффициент передачи тока:
(1.36)
Ki =20
Коэффициент передачи мощности:
(1.37)
KP =383
Верхняя граничная частота каскада определяется по формуле:
(1.38)
где — эквивалентная постоянная времени каскада в области верхних частот.
Постоянную времени можно определить из выражения
(1.39)
где и — постоянные времени входной и выходной цепей соответственно.
Эти постоянные времени определяются по формулам
(1.40)
(1.41)
где С0 — эквивалентная входная емкость каскада,
Сн — емкость нагрузки.
Эквивалентная входная емкость каскада включает емкость перехода база — эмиттер и пересчитанную на вход емкость перехода база — коллектор Ск :
(1.42)
С0 =5,3 нФ;
=0,7 мкс; =0,5 мкс;
= 0,9 мкс.
fВ =180 кГц.
Определим частотные искажения в области верхних частот
(1.40)
МВ =0,013
и сравним их с заданным значением М. Т.к. условие выполняется, т.е. МВ (дБ)<М(дБ), следовательно расчет произведен верно.
Контрольное задание №2
тип схемы: 7;
тип транзистора: p-n-p - КТ363Б
Выпишем основные параметры заданных транзисторов:
КТ363Б | |
h21Эmin | 40 |
h21Эmax | 120 |
|h21Э | | 15 |
fизм, МГц | 100 |
τK , пс | 5 |
CK , пФ | 2 |
Eг=1мВ; fc=10кГц; Rг=1кОм; Rн=1кОм; Сн=100пФ; Ср2=10мкФ.
Принципиальная схема анализируемого каскада с подключенными к ней источником сигнала и нагрузкой имеет вид:
Рассчитаем режим работы транзисторов по постоянному току, пусть Еп=10 В.
Расчет схемы по постоянному току проводится в следующем порядке. Рассчитаем ток делителя в базовых цепях транзисторов:
(2.1)
Определить потенциалы баз транзисторов:
(2.2)
(2.3)
Найдем потенциалы эмиттеров транзисторов:
(2.5)
(2.6)
Напряжение U0БЭ выбирается в интервале 0.5...0,7 В для кремниевых транзисторов, выберем U0БЭ =0,5В.
Рассчитаем ток в резисторе, подключенном к эмиттеру первого транзистора:
(2.7)
Рассчитаем ток коллектора в рабочей точке, для этого найдем сначала найдем среднее значение коэффициента передачи тока:
(2.8)
h21Э =69,
тогда:
(2.9)
(2.10)
Определим напряжение на коллекторе в рабочей точке:
(2.11)
(2.12)
По результатам расчета статического режима определяются параметры моделей первого и второго транзисторов:
Выходная проводимость определяется как
(2.13)
h22 1=1,3*10-5 См, h22 2=1,2*10-5 См.
Здесь UA — напряжение Эрли, равное 100... 200 В у транзисторов типа n-р-n. Примем UA =100В.
Предельная частота усиления транзистора по току определяется по единичной частоте усиления fТ :
(2.14)
Граничная частота fТ находится по формуле:
(2.15)
fТ1,2 =1,5 ГГц;
=22 МГц.
Объемное сопротивление области базы rБ можно определить из постоянной времени τК коллекторного перехода транзистора, приводимой в справочниках:
(2.16)
rБ1,2 =2,5 Ом.
Дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода определяется по формуле:
(2.17)
rБ’Э1 =2,2 кОм, rБ’Э2 =2,2 кОм.
где дифференциальное сопротивление эмиттера;
0,026 мВ — температурный потенциал при Т= 300 К;
m — поправочный коэффициент, принимаемый примерно равным 1.5 для кремниевых транзисторов.
rЭ1 =31 Ом, rЭ2 =31 Ом.
Емкость эмиттерного перехода равна:
(2.18)
СБ’Э1 =3,4 пФ; СБ’Э2 =3,3 пФ
Определим коэффициент передачи по напряжению, входное и выходное сопротивление оконечного каскада, построенного по схеме с ОЭ.
Входное сопротивление транзистора VT2:
h11 2=rБ2 +rБ ’ Э2 =2,2 кОм (2.19)
Входное сопротивление каскада:
(2.20)
Выходное сопротивление каскада:
(2.21)
Сопротивление нагрузки каскадапо переменному току:
(2.22)
Коэффициент передачи каскада по напряжению:
(2.23)
KU2 =16
Определим коэффициент передачи по напряжению, сквозной коэффициент передачи по напряжению, входное и выходное сопротивления входного каскада. При этом необходимо учитывать, что нагрузкой входного каскада является входное сопротивление оконечного каскада. Входной каскад построен по схеме с ОЭ.
Входное сопротивление транзистора VT2:
h11 1=rБ1 +rБ ’ Э1 =2,2 кОм (2.24)
Входное сопротивление каскада:
(2.25)
Выходное сопротивление каскада:
(2.26)
(2.27)
Сопротивление нагрузки каскадапо переменному току:
(2.28)
Коэффициент передачи каскада по напряжению:
(2.29)
KU1 =32
Сквозной коэффициент передачи по напряжению:
(2.30)
Коэффициент передачи по напряжению всего усилителя определяется по формуле
KU = KU1 * KU2 =500 (2.31)
Сквозной коэффициент передачи по напряжению KE всего усилителя определяется аналогично:
KЕ = KЕ1 * KU2 =310 (2.32)
Входное сопротивление усилителя определяется входным сопротивлением входного каскада, а выходное – выходным сопротивлением оконечного каскада.
Постоянные времени в области нижних частот, связанные с разделительными конденсаторами Ср1, Ср2, определяются по формулам:
τН1 =Ср1*(Rг+ RВХ1 )=13 мс (2.33)
τН2 =Ср2*(RВЫХ2 + Rн)=20 мс (2.34)
Постоянная времени в области нижних частот, связанная с блокировочным конденсатором Сэ, определяется по формуле:
τН3 =СэRэ=30 мс (2.35)
Эквивалентная постоянная времени в области нижних частот равна
(2.36)
где τНi , τНj - эквивалентные постоянные времени каскада в области нижних частот связанные с i-м разделительным и j-м блокировочным и конденсаторами соответственно. τН =10 мс
Нижняя частота среза определяется по формуле:
(2.37)
В усилителе имеются три постоянных времени в области верхних частот, связанные с входными цепями входного и оконечного транзисторов и емкостью нагрузки:
τВi =Сi*Ri, (2.38)
где Сi – емкость i-го узла относительно общего провода,
Ri – эквивалентное сопротивление i-го узла относительно общего провода.
Входная емкость транзистора в схеме с общим эмиттером равна:
(2.39)
(2.40)
С01 = 70 пФ, С02 =37 пФ.
n (2.41)
(2.42)
(2.43)
Эквивалентная постоянная времени в области верхних частот равна
(2.44)
τВ =75 нс
Верхняя частота среза определяется по формуле:
(2.45)
fВ =2 МГц
Литература
1. Войшвилло. Г. В. Усилительные устройства / Г. В. Войшвилло. — М. : Радио и связь, 1983.
2. Титце, У. Полупроводниковая схемотехника. / У. Титце, К. Шенк. — М. : Мир, 1982.
3. Галкин, В. И. Полупроводниковые приборы : справочник / В. И. Галкин, А. Л. Булычев, В. А. Прохоров. — 2-е изд. — Минск : Беларусь, 1987.