Функциональные устройства телекоммуникаций (63352)

Посмотреть архив целиком


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, оC

0

tСМАКС, оC

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 оC

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 оC

15


Рассчитаем параметры малосигнальной модели биполярного транзистора [1].

Среднее значение коэффициента передачи тока равно:


(1.1)

h21Э=33,2.


Выходная проводимость определяется как


(1.2)

h22Э=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)

rБ’Э=74 Ом


где =2,2 Ом дифференциальное сопротивление эмиттера;

0,026 В — температурный потенциал при Т= 300 К;

m=1поправочный коэффициент, принимаемый примерно равным 1 для германиевых транзисторов.

Входное сопротивление транзистора:


(1.5)

h11Э=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


U=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)

ΔI=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:


МНСР1НСР2НСЭ=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)


h221=1,3*10-5 См, h222=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;

mпоправочный 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:


h112=rБ2+rБЭ2=2,2 кОм (2.19)


Входное сопротивление каскада:



(2.20)


Выходное сопротивление каскада:


(2.21)


Сопротивление нагрузки каскада по 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:


h111=rБ1+rБЭ1=2,2 кОм (2.24)


Входное сопротивление каскада:



(2.25)


Выходное сопротивление каскада:


(2.26)


(2.27)


Сопротивление нагрузки каскада по 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.



Случайные файлы

Файл
7512-1.rtf
31916.rtf
33176.rtf
86358.rtf
78618.rtf