Расчет электрических показателей

Задание 1

1. Для усилительного транзисторного каскада:

1.1. Выбрать транзистор, определить напряжение источника питанияUп, рассчитать сопротивление резисторов Rк, Rб1, Rб2 и выбрать их номиналы.

1.2. Определить h-параметры h11Э, h12Э, h21Э и h22Э в рабочей точке транзисторного каскада, его входное и выходное сопротивления Rвх и Rвых.

1.3. Найти амплитуды напряжения и тока базы Uбm, Iбm, коэффициенты усиления каскада по току, напряжению и мощности кI, кU, кР и амплитуду напряжения источника сигнала UGm.

1.4. Рассчитать емкости конденсаторов СР1, СР2 СЭ и выбрать их номиналы.

Исходные данные

Рис. Схема электрическая принципиальная усилительного каскада с общим эмиттером

Решение

1.1 Сопротивление резистора в цепи коллектора транзистора

Rк = (1+ КR) • Rн, (1.1)

где КR — коэффициент соотношения сопротивлений Rн и Rк;

При Rн = 300 Ом? 1 кОм принимаем КR = 1,2

Rк = (1+ 1,2) • 300 = 660 Ом По приложению 2 /5/ выбираем номинал сопротивления Rк = 660 Ом Эквивалентное сопротивление нагрузки каскада

(1.2)

Амплитуда коллекторного тока

(1.3)

Ток покоя (ток в рабочей точке) транзистора

(1.4)

где кз — коэффициент запаса, кз = 0,7…0,95

Минимальное напряжение коллектор-эмиттер в рабочей точке транзистора

Uкэп min = Uн m + U0, (1.5)

где U0 — напряжение коллектор-эмиттер, соответствующее началу прямолинейного участка выходных характеристик транзистора

Uкэп min = 2 + 1 = 3 В Так как Uкэп min = 3 В меньше типового значения Uкэп = 5 В, принимаем Uкэп = 5 В.

Напряжение источника питания

(1.6)

Выбираем напряжение питания Un = 20 В.

Сопротивление резистора эмиттерной цепи транзистора

(1.7)

По приложению 2 /5/ принимаем номинал сопротивления Rэ = 600 Ом Выбираем транзистор КТ315Г а) максимально допустимое напряжение коллектор-эмиттер

Uкэ доп = 25 В > Uп = 20 В б) максимальный допустимый средний ток коллектора

Iк доп = 100мА > Iк п = 13,9 • 10−3 А Строим входные и выходные характеристики транзистора (рисунок 1, 2).

На выходных характеристиках строим нагрузочную прямую по постоянному току по точкам, А и В.

Точка А: Uкэ = 0, Iк = Uп/(Rк + Rэ) = 14/(330 + 300) = 22,2 • 10−3 А Точка В: Uкэ = Uп = 14 В, Iк = 0

Уточняем напряжение в точке покоя, нанеся рабочую точку С на нагрузочную прямую с координатой Iк = Iк п = 13,9 • 10−3 А

Uкэп = 5,2 В Мощность в точке покоя транзистора

Ркп = Iк п • Uкэп, (1.8)

Ркп = 13,9 • 10−3 • 5,2 = 72,3 • 10−3 Вт

Наибольшая мощность рассеивания транзистора при максимальной рабочей температуре

(1.9)

где Рк доп — максимальная допустимая мощность рассеивания на коллекторе при температуре окружающей среды Т0;

Тп max — максимальная температура перехода;

Т0 = 25 0С — температура окружающей среды, при которой нормируется

Рк доп.

Так как Рк п = 72,3 • 10−3 Вт < Рк max = 125 • 10−3 Вт, следовательно транзистор КТ315Б выбран верно.

На входной характеристике определяем координаты рабочей точки С:

Iбп = 0,175 мА, Uбэп = 0,52 В Ток базового делителя Rб1, Rб2

Iд = (5…10) • Iбп, (1.10)

Iд = 5 • 0,175 • 10−3 = 0,75 • 10−3 А

Сопротивление резистора базового делителя

(1.11)

По приложению 2 /5/ выбираем номинал сопротивления Rб2 = 6,2 кОм.

Сопротивление резистора базового делителя

(1.12)

По приложению 2 /5/ выбираем номинал сопротивления Rб1 = 12 кОм.

Эквивалентное сопротивление базового делителя

(1.13)

1.2 По входным характеристикам находим в рабочей точке, задаваясь

приращением ?Uб = 0,125 В

(1.14)

По выходным характеристикам определяем h21 в рабочей точке транзистора. Находим приращение коллекторного тока и соответствующее ему приращение базового тока при пересечении Uкэ = Uкэп соседних от рабочей точки С выходных характеристик (точки Д, Е)

(1.15)

Входное сопротивление каскада

(1.16)

Выходное сопротивление каскада Rвых? Rк = 300 Ом

1.3 На выходных характеристиках строим нагрузочную прямую по

переменному току, которая проходит через рабочую точку С и имеет наклон

(1.17)

Амплитуда тока базы по выходным характеристикам

(1.18)

По входным характеристикам определяем амплитуду входного напряжения транзистора

(1.19)

Коэффициент усиления каскада по току

(1.20)

Коэффициент усиления каскада по напряжению

(1.21)

Коэффициент усиления каскада по мощности

КР = КU • КI, (1.22)

КР = 9,4 • 65,2 = 612

Амплитуда напряжения источника сигнала

(1.23)

1.4 Частотные искажения в области нижних частот, вносимые

емкостями конденсаторов Ср1, Ср2, Сб1, распределяем равномерно

между ними Емкость разделительного конденсатора

(1.24)

Выбираем номинал Ср1 = 1,3 мкФ.

Емкость разделительного конденсатора

(1.25)

Выбираем номинал Ср2 = 1,0 мкФ.

Емкость блокировочного конденсатора

(1.26)

Выбираем номинал СG1 = 20 мкФ.

транзистор напряжение конденсатор ток

Задание 2

Для заданной схемы на операционном усилителе:

2.1. Рассчитать сопротивление резисторов и емкости конденсаторов и выбрать их номиналы.

2.2. Выбрать тип операционного усилителя.

2.3. Определить максимальные амплитуды источников сигнала.

Исходные данные

Рис. Схема электрическая принципиальная неинвертирующего усилителя постоянного тока

Решение

2.1 Сопротивление резисторов R1 и R2 на входе операционного

усилителя

R1 = (5…10)•RG1, (2.1)

R1 = 5 • 15 = 75 кОм По приложению 2 /5/ выбираем номинал резистора R1 = 75 кОм

R1 = R2 = 75 кОм Сопротивление резистора обратной связи

R3 = (кU1 — 1) • R1, (2.2)

R3 = (25 — 1) • 75 = 1800 кОм По приложению 2 /5/ выбираем номинал резистора R3 = 1,8 кОм

2.2 По приложению 4 /5/ выбираем операционный усилитель по

условиям:

а) коэффициент усиления по напряжению

кU >> кU1 + кU2, (2.3)

для данного операционного усилителя кU2 = 0, следовательно кU >> кU1;

б) внутреннее сопротивление источника сигнала

10 кОм? RG1 = 15 кОм? 75 кОм Выбираем операционный усилитель типа К140УД6 с параметрами:

— коэффициент усиления по напряжению кU = 70 • 103;

— разность входных токов? iвх = 10 • 10−9 А;

— внутреннее напряжение смещения Uсмв = 5 •10−3 В;

— тепловой дрейф внутреннего напряжения смещения ;

— максимальное напряжение на выходе ОУ Uвых max ОУ = 11 В;

— номинальное напряжение питания Uп = -15 В; + 15 В.

Проверяем правильность выбора ОУ.

Допустимое напряжение смещения, приведенное ко входу ОУ

(2.4)

где Д — динамический диапазон.

Напряжение смещения операционного усилителя, вызванное разностью входных токов и ее тепловым дрейфом

(2.5)

где Rвх о = R2 — сопротивление по постоянному току, подключенное между входом операционного усилителя и нулевой точкой Rвх о.

Напряжение смещения операционного усилителя, вызванное внутренним смещением ОУ и его тепловым дрейфом

(2.6)

Суммарное напряжение смещения, приложенное между входами операционного усилителя

Uсм? = Uсм i + Uсм U, (2.7)

Uсм? = 0,86 • 10−3 + 5,38 • 10−3 = 6,24 • 10−3 В Так как Uсм? = 6,24 • 10−3 В < Uсм доп = 22,1 • 10−3 В, следовательно операционный усилитель типа К140УД6 обеспечивает заданный диапазон выходного напряжения во всем интервале рабочих температур.

Операционный усилитель К140УД6 выбран верно.

2.3 Максимальная амплитуда входного сигнала

(2.8)

Задание 3

3. Для заданной логической функции необходимо:

3.1. Упростить функцию, пользуясь законами алгебры логики.

3.2. Составить таблицу истинности.

3.3. Разработать функциональную электрическую схему на базовых логических элементах И, ИЛИ, НЕ.

Исходные данные:

Логическая функция

Решение

3.1 Упрощаем функцию, пользуясь законами алгебры логики

3.2 Таблица истинности

3.3 Функциональная электрическая схема, реализующая функцию

на базовых логических элементах И, ИЛИ, НЕ

Библиографический список

1. Забродин Ю. С. Промышленная электроника. Учебник для вузов, М.: Высшая школа, 1982.

2. Арестов К. А. Основы электроники и микропроцессорной техники. Учеб. Для вузов/ К. А. Арестов М.: Колос, 2001. 216 с.

3. Жеребцов И. П., Основы электроники. 5-е изд., перераб. и доп. Л.: Энергоиздат, 1989.

4. Токхайм Роджер Л. Основы цифровой электроники. М.: Мир, 1988

5. Электроника, микропроцессорные средства и техника связи. Методические указания по изучению дисциплины/ Росс. Гос. аграр.заоч. ун-т. Сост. В. И. Литвин, Р. И. Штанько. М., 2002. 40 с.