Анализ статического и динамического режимов работы каскада с общим эмиттером. Параметры элементов схемы

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Дальневосточный Государственный Технический Университет

(ДВПИ им. В.В.Куйбышева)

КУРСОВАЯ  РАБОТА

по курсу «Основы схемотехники»

Выполнил:

Группа ЗР – 2011

Шифр 315128

Проверил преподаватель:

Владивосток  2006г

Задача 1: Произвести анализ статического и динамического режимов работы каскада с общим эмиттером Рис.1 при исходных данных:

Вариант№3 N1=2. N2=8

Параметры элементов схемы:

Напряжение питания                        Е₀ = 24 В

Сопротивление в цепи смещения              R1 = 18 кОм, R2 = 2 кОм

Сопротивление в цепи коллектора  Rк = 1,2 кОм

Сопротивление в цепи эмиттера                Rэ = 300 Ом

Сопротивление источника сигнала Rг = 300 Ом

Сопротивление нагрузки каскада              Rн = 8 кОм

Емкость нагрузки                                       Сн = 1.6 нФ

Емкость конденсаторов                              Ср = 8 мкФ;  Сэ = 400 мкФ                  

Выбираем транзистор КТ 312, т.к. N2-четное число.

Коэффициент передачи тока базы             Н₂₁ = 25-100

Предельная частота усиления                    F_t = 120 МГц

Емкость коллекторного перехода              Ск = 5 пФ

Емкость эмиттерного перехода                 Сэ = 20 пФ

Постоянная обратной связи             τ_ос = 500 псек

Обратный ток коллектора                          Iкбо = 10 мкА

Входное сопротивление                             Н₁₁ = 250 Ом

Рис. 1

1.1 Определите статические параметры каскада с общим эмиттером:

токи коллектора I_к0 и базы I_Б0 в рабочей точке, требуемый и фактический коэффициенты температурной стабилизации каскада при Траб=50ºС

Ток коллектора в рабочей точке (или ток коллектора покоя) определяется по формуле:

, где

Ток базы покоя:

                                                        =7,9*10^-3/50=0,15*10^-3 А

Температурный коэффициент фактического значения:

, где        

=18000*2000/(18000+2000)= 1800Ом

Температурный коэффициент требуемого значения:

, где

, в которой

=2,97*10^-5А

. С повышением температуры перехода параметр увеличивается на 0.35% на 1º сверх 27º и уменьшается на 0.2% на 1º при её понижении, считая от 27º.

= 0,19 мА

        

11.85B

U_ост=0,2В

= 12,1

1.2 По параметрам схемы каскада с общим эмиттером при диапазоне усиливаемых частот

F_н = 400 Гц и F_в = 800 кГц определите:

номинальный коэффициент усиления k₀

коэффициенты усиления по току k_i и по мощности k_p

напряжение насыщения U_ВЫХmax и U_BXmax

Коэффициенты частотных искажений Мн и Мв и вносимые фазовые сдвиги φ_н и φ_в.

Номинальный коэффициент усиления по напряжению:

                                        = 208,7

Коэффициент усиления по току:

                                            = 6,5

Коэффициент усиления по мощности:

                                             =6,5*208,7= 1361

Напряжение насыщения:

                                =8,2В

                                        =8,2/208.7= 0,04

Коэффициент низкочастотных искажений:

, где     

=8*10^-6*(1200+8000)= 0,073с

 =1,000015

=400*10^-6*(300*1043/(300+1043))=9,32мс

=1200*8000/(1200+8000)=1043Ом

=1,0009*1,005*1,000015=1,00591

Коэффициент высокочастотных искажений:

, где , а

 и

=1,068 нФ

= 1800*250/(1800+250)=219,5 Ом ,        

 =1,068*10^-9*219,5*300/(219,5+300)= 0,135 мкС     

== 9,38нс

=1,21*1,002=1,213

Вносимый фазовый сдвиг на низких частотах:

                                    =   0,0055 =0,32º           

Вносимый фазовый сдвиг на высоких частотах:

                                = -0,6782=39º

1.3  Определите значения входного и выходного сопротивлений, коэффициента усиления при отключении емкости конденсатора в цепи эмиттера.

Выходное сопротивление: Найдем эквивалентное сопротивление в цепи коллектора, при подключении нагрузки параллельно сопротивлению коллектор – эмиттер:

= 1043 Ом

Найдем полное входное сопротивление каскада:

 

где Н’₁₁ = H₁₁(1+S*Rэ)

=1,61 кОм

Коэффициент усиления по напряжению  при отключении ёмкости:

= 3.93

1.4  Покажите изменение высшей частоты усиления при введении простой высокочастотной коррекции L_k = 400 мкГн:

Найдем изменение  постоянной каскада области высоких частот:

    = 0,38*10^-6

Коэффициент высокочастотной коррекции:

= 0,174

Найдем выигрыш  высокочастотной коррекции:

                                  В = 1,103

Найдем значение корректированной верхней частоты:

 = 800кГц

Найдем изменение высшей частоты усиления при введении высокочастотной коррекции:

∆

∆= 8274900Гц

1.5  Определите параметры выходного импульсного сигнала при длительности входного     импульса t_и = 100 мкс.

Время установления выходного импульса:

 

=2,2* =2,2*0,135*10^-6=0,297мкс

=2,2*=2,2*4,3*10^-6=9,46мкс

= 32мкс

Спад вершины импульса:

                 
=/9,32*=10,73мс

= 12,1мс

Задача 2

Выбрать транзисторы, напряжение питания и рассчитать основные параметры выходного каскада, обеспечивающего выходную мощность Р_н = 2Вт на нагрузке R_н = 32 Ом, работающего в диапазоне частот 100 – 20000 Гц при коэффициенте частотных искажений  М = 3 дБ. Построить зависимости отдаваемой P_m и потребляемой P_o мощности каскада от уровня входного сигнала.

Найдем допустимую мощность рассеяния на коллекторе:

Допустимая мощность рассеяния на коллекторе равна:

                                                      = 1Вт        

Граничная частота усиления находится по формуле:

                                                    = 20 кГц

Для определения амплитуды выходного напряжения и тока используются выражения:

                                              = 11,31В

                                                           = 0,35 А

= 0,8 0,95  –  коэффициент использования источника питания по напряжению;

Найдем напряжение питания:

                                                        = 24В

Найдем предельно допустимое коллекторное напряжение:

U_kдоп ³   = 60 В

По этим параметрам выбираем транзисторы для оконечного каскада:

VT1(n-p-n)- КТ805АM и VT2(p-n-p)- КТ837А  ниже приведены их параметры:

Ikmax = 5 (A)                                                            

Uкэmax = 70 (B)

Pkmax = 30 (Bт) с теплоотводом

Pkmax = 1 (Bт) без теплоотвода

h21  = 15

Входной ток транзистора VT1(VT2) найдем, учитывая его коэффициент передачи тока h21  = 15

I1(2)вх m = I kmaх/ h21=0.024(A)

1.2.Выбор источника питания:

Е ³ 2(Uэкмах)+Uнас = 23,62 (B)    

Uнас - коллекторное напряжение, при котором транзистор входит в режим насыщения  (Определяется по справочным данным и составляет Uнас = (0,5...2), В)

Величину напряжения питания округляем до большего значения и выбираем необходимое из ряда напряжения питания.

Ряд напряжения питания

Е_п, В        5    6    9    12    15    24    30    48    100    150

Е_п ³ 23,62 (В) следовательно выбираем питание Е_п=24 (В)

1.3.Графоаналитический метод:

U_кэ= Е_п/2=12 (B)                        I_к=Е_п/2R_н=0,38 (A)

В системе координат выходной характеристики строим треугольник мощности: прямая U_нач. отсекает область существенной нелинейности токов базы, от U_нач. откладываем величину U_кэ, затем соединяем точки I_к и U_кэ.  Далее строим Р_{к доп}- нагрузочная кривая, которая в данных расчётах не должна заходить в область треугольника мощности, но максимально приближаться к нему. Кривая заходит в область треугольника мощности, поэтому  транзисторы работают с радиаторами.

1.4. Определяем рабочую область по входной характеристике.

I_бmin=0,12 (mA)              U_эб0=0,5 (B)

I_бmax= 3,5 (mA)               U_эбmax=0,62 (B)

DI_mб= 3,38 (mA)            DU_mб=0,12 (B)

1.5.Определяем глубину ООС:

F=1+g_21*R_н  ,где g₂₁ усреднённая крутизна характеристики транзистора.

F=95,2

1.6. Рассчитаем делитель напряжения для выходного каскада:

I_дел=(3¸5)I_бmin;   I_дел=0,36 (mA)

 согласно ряда Е24

I_диода= I_дел+I_б0=0,48 (mA)

При этих токах падение напряжения на диоде должно составлять: