9. Индивидуальное (домашнее) задание № 1 Срок представления на проверку 8 неделя.

Тема: «Построение вольт – амперных характеристик и расчёт на их основе электрических характеристик нестабилизированных аналоговых каскадов на БПТ для заданного температурного диапазона».

Техническое задание.

1. Определить необходимое значение напряжения питания транзистора.

2. Построить входную и выходную статические ВАХ для заданноготипа БПТ.

3. Построить нагрузочную характеристику схемы по постоянному току.

4. Рассчитать элементы схемы заданного каскада с учётом требуемой величины S_ДОП.

5. Используя графоаналитический метод, найти электрические характеристики схемы.

6. Проверить полученные результаты, применив аналитический метод расчёта.

7. Провести моделирование с помощью программы ewb 5.12. Pro, 52

8. MC 7 или им подобным.

Исходные данные для расчёта

1. Сопротивление нагрузки Z_Н = (R_Н ﺍﺍ C_Н ): R_Н = (S+N)x1Г Ом.

2. Т_МИН = S⁰ C.

3. Т_МАКС = (70 – S – Г)⁰ C.

4. f_МИН = f_H = S0 Гц.

5. f_МАКС = f_B = [(N + S) x 5Г ] кГц.

6. Тип схемы:

Рис. 1 (для N – чётных) Рис. 2. (для N – нечётных)

7. Коэффициент частотных искажений: М_Н = Г,N дБ; М_В = (5 – Г),S дБ.

8. Амплитуда входного тока: I_ВХ~ = 0,7N от I_Б0.

9. Сопротивление источника сигнала: R_ИСТ = S0 Ом.

10. Тип активного элемента: (см. Приложение 2).

11. Электрические параметры каскада, подлежащие расчёту, представлены в приложении 1.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

1. Расчёт коллекторного напряжения БПТ.

Допустимое значение коллекторного напряжения в рабочей точке U_K0 определяется как:

(Если при выполнении этого задания не будут найдены требуемые данные для расчёта, то допускается взять значение напряжения питания Е_Р из соотношения:

Е_Р = 10 ± ( ), (+) для S – нечётных, (-) для S - чётных .

U_K0 ≈ , (1)

где U_Kдоп – предельно допустимое значение напряжения коллекторного напряжения, приводимое в паспортных данных для температуры (20 – 25)⁰ С;

53

ΔU_Kt – величина необходимого уменьшения напряжения, зависящая от температуры коллекторного перехода;

ΔU_kRб – величина необходимого уменьшения напряжения U_Kдоп, зависящая от значения от величины сопротивления R_БЭ постоянному току, подключённой параллельно входу транзистора [1].

Для определения ΔU_Kt требуется определить максимальную температуру коллекторного перехода t_{П макс} при максимальной температуре окружающей среды Т_МАКС и паспортной величины допустимой мощности рассеивания на коллекторе Р_Kдоп. Для маломощных каскадов предварительного усиления величина t_{П макс} определяют из соотношения:

T_{П макс} = Р_KдопR_ПС + Т_МАКС. (2)

R_ПС – паспортное значение теплового сопротивления участка БПТ коллекторный переход – окружающая среда (измеряется в ⁰ С/мВт имеет значение от 0,2 до 0,5) В справочной литературе R_ПС измеряется в ⁰ С/Вт и тогда численное значение будут равны от 200 до 500 [2].

Искомое значение напряжения ΔU_Kt определяется с помощью выражения [1]:

ΔU_Kt = U_Kдоп(1 - ). (3)

t_П – значение температуры при которой задано U_Kдоп : (20 – 25)⁰ С.

ΔU_kRб - этим слагаемым можно пренебречь.

Искомое значение напряжения источника питания для оптимального активного режима, согласно выражению (1) равно Е_Р ≈ 2 U_K0

2. Построение входной и выходной ВАХ эффективней всего провести с помощью программы МС – 7. Методика проведения подобного моделирования рассмотрена в [3] -[5].

3. Расчёт элементов схемы проводится на основании простых соотношений:

Для схемы с фиксированным током базы (ФТБ):

R_Н = R_C = . (4)

R_Б = R_б = . (5)

54

Для схемы с фиксированным напряжением базы (ФНБ): Сопротивление R_Н = R_C определяется соотношением (4). Для расчёта элементов базового делителя R_б1 и R_б2 предварительно задаёмся током делителя I_ДЕЛ ≈ 10 I_Б0, после чего находим сопротивление R_б2 на основании соотношения, полученного по закону Киргофа для напряжений: ΔU_Rб2 = U_Б0, откуда

R_б2 = . (6)

Аналогично находим сопротивление R_б1

R_б1 = . (7)

Расчёт разделительных (С_Р1 , С_Р2) и минимально допустимой ёмкости нагрузки (С_Н) находим исходя из требований заданных частотных искажений в области низких М_Н и верхних М_В частот.

Искомые значения величин частотных искажений определяются выражениями:

М_В = 20 Lg [ ]. (8)

Значение R_ВЫХэкв ≈ . (Емкостным сопротивлением С_Р2 на частоте f = f_В пренеб- регаем Z_C = ≈ 0).

М_Н1 = 20 Lg [ ]. (9)

В простейшем случае величину R_Н1экв представим как сумму параллельного соединения резисторов R_Б, h₁₁, т.е. R_ВХэкв = . R_Б = для схемы на рис. 2, R_Б = R_b для схемы на рис. 1 и сопротивления R_ИСТИ, h₁₁ – входное сопротивление БПТ по переменному току.

R_Н1экв = R_ИСТ + R_ВХэкв

Частотные искажения выходной цепи составят:

М_Н2 = 20 Lg [ ]. (10)

55

Значение R_Н2экв ≈ ≈ R_ВЫХэкв. Величины М_Н1и М_Н2 можно взять равными: М_Н1 = М_Н2 = 0,5 М_Н и их значения как и значение М_В в (8) следует подставлять в выражения (9) и (10) в дециБеллах.

4. Основы графоаналитического метода подробно рассмотрены в [4] на с. 33 -36 (задание 3.1), [4]. В задании 3.1 перечислены все значения электрических параметров, подлежащих расчёту.

5. Проверка и уточнение полученных данных по пункту 4 проводим согласно примеру представленномe в задаче 3.2 в [4] на с. 36 – 39.

6. Последний пункт задания схемотехнического моделирования рекомендуется провести с помощью программы EWB 3.12 Pro или эквивалентной ей [7].

Рекомендуемая литература.

1.Шафер Д.В. Регулировка, испытания и проверочные расчёты транзисторных усилителей. – М: Связь, 1971. – 312 с.

2.В помощь радиолюбителю: Сборник. Вып. 111. – М: Патриот, 1991. – 80 с.

3.Акимов В.И. Построение статических характеристик биполярных и униполярных транзисторов с помощью программ схемотехнического моделирования EWB и MC. - Воронеж: ВГТУ, 2004. – 80 с.

4.Акимов В.И. Основы анализа аналоговых устройств. - Воронеж: ВГТУ, 2002. – 56с. (298 – 2002).

5.Разевиг В.Д. Система схемотехнического моделирования MICRO CAP 6. – М.: Горячая линия – Телеком, 2001, - 344 с.

6.Разевиг В.Д. Система проектирования OrCAD 9.2 – М.: Солон Р, 2001. – 520 с.

7.Карлащук В.И. Электронная лаборатория на IBM PC. – М.: Солон Р, 1999. – 506 с.

56

ПРИЛОЖЕНИЕ 1.

Рис. 2. Пример расчёта электрических параметров каскада

57

Графоаналитический расчет рабочего режима

Транзистор включен в усилительный каскад по схеме ОЭ. Каскад питается от одного источника с напряжением Е_Р . Для подачи смещения в цепь базы используется схема с ФТБ (рис. 1 ) либо с ФНБ (рис. 2). Характеристики транзистора изображены на рис. 2, а, б. Известно, что постоянная составляющая тока базы I_Б0, амплитуда переменной составляющей тока базы I_mб, сопротивление резистора нагрузки R_H , а максимально допустимая мощность, рассеиваемая коллектором, Рк_mах . Требуется: а) построить линию Р_Кmах; б) по выходным характеристикам, найти постоянную составляющую тока коллектора I_ко, постоянную составляющую напряжения коллектор - эмиттер U_КЭ0, амплитуду переменной составляющей тока коллектора I_mк, амплитуду выходного напряжения U_mR = U_mкэ, коэффициент усиления по току K_I, выходную мощность Р_вых, мощность, рассеиваемую на нагрузке постоянной составляющей тока коллектора, Р_RО полную потребляемую мощность в коллекторной цепи Р_К0, КПД коллекторной цепи. Проверить, не превышает ли мощность Р_К0, выделяемая на коллекторе в режиме покоя, максимально допусти­мую мощность Рк_mах» b) c помощью входных характеристик определить напряжение смещения U_БЭ0, амплитуду входного сигнала U_шбэ, входную мощность Р_вх, коэффициент усиления по напряжению К_U и по мощности К_Р, входное сопротивление каскада R_ВХ, сопротивление резистора R₆ (R_б1, R_б2) и емкость раздели­тельного конденсатора С_р (С_Р1, С_Р2).

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Перечень транзисторов для базовых каскадов.

(Определяется значением S – порядковым номером студента в ведомости).

S	Тип БПТ	Название	Отечественный аналог	EWB MC
1	n-p-n	2N5223	KT 375 Б	+ +
2	p-n-p	BC 178 A	KT 349 B	+ +
3	n-p-n	ВС 184 В (ВР)	КТ 3102 E	+ +
4	p-n-p	2N 2906	KT 313 A	+ +
5	n-p-n	ВС 182 В (ВР)	КТ 3102 Д	+ +
6	p-n-p	2N 3906	KT 361 Г	+ +
7	n-p-n	2N 5089	KT 315 E	+ +
8	p-n-p	2N 3905	KT 361 Г	+ +
9	n-p-n	2N 5210	КТ 3102 E	+ +
10	p-n-p	2N2368	КТ 3107 A	+ +
11	n-p-n	ВС 183 В (ВР)	КТ 3102 Д	+ +
12	p-n-p	2N 2222A	KT 3117 A	+ +
13	n-p-n	BC 237 B	KT 3102 B	+ +
14	p-n-p	BC 557	KT 361 Д	+ +
15	n-p-n	BC 238 B	KT 3102 B	+ +
16	p-n-p	BC 558	КТ 3107 Д	+ +
17	n-p-n	ВС 239 В	КТ 3102 Д	+ +
18	p-n-p	BC 558	КТ 3107 Ж	+ +
19	n-p-n	2N 5209	КТ 3102 Д	+ +
20	p-n-p	2N 5226	KT 350 A	+ +
21	n-p-n	2N 4124	КТ 3102 Д	+ +
22	p-n-p	BCW 69 L	KT 3130 A9	+ +
23	n-p-n	BC 107 B (BP)	КТ 3102 Д	+ +
24	p-n-p	2N 3905	KT 361 Г	+ +
25	n-p-n	BC 108 B (BP)	КТ 3102 Б	+ +
26	p-n-p	BC 307 A	КТ 3107 Б	+ +
27	n-p-n	2N 3390	KT 373 A	+ +
28	p-n-p	2N 4126	КТ 3107 Ж	+ +
29	n-p-n	BCX 70 J	KT 3130 B9	+ +
30	p-n-p	BC 177	KT 349 A	+ +
31	n-p-n	2N 4123	KT 3102 A	+ +
32	p-n-p	BC 213 A	КТ 3107 Б	+ +
33	n-p-n	2N 3904	KT 375 A	+ +
34	p-n-p	2SA 1015	КТ 3107 Б	+ +
35	n-p-n	2N 3903	KT 375 A	+ +
36	p-n-p	2N 2946	KT 208 K	+ +

ВНИМАНИЕ !!!

Cтуденты чётных групп (последняя цифра номера группы Г = 2, 4 выбирают транзистор согласно данной таблицы, а студенты нечётных групп Г = 1, 3 выбирают транзистор по условию N = 36 – S. Результаты расчётов и моделирования представить в виде таблицы. 60

СВОДНАЯ ТАБЛИЦА РАСЧЁТНЫХ ДАННЫХ ИНДИВИДУАЛЬНОГО

ЗАДАНИЯ № 1

№ п.п.	Вид и способ расчёта параметров каскада
	Расчётный параметр	Расчёт по постоян. току	Графо – аналитическ.	Аналити- ческий	Моделиро - вание
1	ЕП – В.
2	IБ0 : мА
3	UБ0: мВ
4	IK0: мА
5	UK0: В
6	RK: кОм
7	RБ1: кОм
8	RБ2: кОм
9	СР1: мкФ
10	СР2: мкФ
11	СN МАКС: пФ
12	IБпер: мА
13	UБпер: мВ
14	IKпер: мА
15	UKпер: мВ
16	КI: дБ
17	KU: дБ
18	РВХ0: мВт
19	РВХпер: мВт
20	РВЫХ0: мВт
21	РВЫХпер: мВт
22	РВЫХсум: мВт
23	KP0: дБ
24	KPпер: дБ
25	KPсум: дБ
26	η (КПД)
27	h21
28	h11: Ом
29	1/ h22: кОм
30	S = y21: мА/В
31	RВХ пер
32	RВЫХпер

61

Анализ полученных данных.

1.

2. и т.д.

Примечание: Отчёт по работе может быть представлен в электронном виде, при этом машинописный (ручной) сокращённый вариант в обязательном порядке должен содержать:

- титульный лист;

- входную и выходную характеристики БПТ с проведёнными на них графическими построениями;

- статические параметры БПТ;

- принципиальную схему каскада;

- принципиальную схему моделирования с контролирующими режимы работы приборами по постоянному и переменному токам;

- сводную таблицу результатов;

- анализ полученных данных.