Некоммерческое акционерное общество

АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

 

Кафедра электроники и компьютерных технологий

 

Электроника и схемотехника аналоговых устройств 1

 

Методические указания к выполнению расчетно-графических работ

для студентов всех форм обучения специальности 050719 –

Радиотехника, электроника и телекоммуникации

 

Алматы 2009

СОСТАВИТЕЛЬ: Т.М.Жолшараева. Электроника и схемотехника аналоговых устройств 1. Методические указания к выполнению расчетно-графических работ для студентов всех форм обучения специальности  050719 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации. – Алматы: АИЭС, 2009. –  23 с.

 

Методические указания содержат задания к расчетно-графическим работам и примеры решения задач на темы: проводимость полупроводников, полупроводниковые диоды, расчет выпрямительных цепей, расчет параметрических стабилизаторов напряжения, графоаналитический расчет динамического режима работы транзистора.

Методические указания предназначены для студентов всех форм обучения специальности 050719 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации и могут быть использованы студентами других  специальностей факультета РТ и С.

 

1 Общие методические указания к выполнению РГР

Дисциплина «Электроника и схемотехника аналоговых устройств 1» изучается студентами всех форм обучения специальности  050719 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации. По курсу читаются лекции, выполняются расчетно-графические и лабораторные работы. Расчетно-графические работы (РГР) являются одним из основных компонентов при изучении курса.

Целью дисциплины «Электроника и схемотехника аналоговых устройств 1» является изучение элементной базы, принципов работы и методов проектирования и расчёта простейших электронных схем.

В результате  изучения дисциплины студенты должны знать основные характеристики и параметры диодов, транзисторов, интегральных микросхем.

Выполнение РГР позволяет студентам применить теоретические знания при выборе элементной базы и выполнении расчетов электронных схем.

 Дисциплина базируется на курсах физики, высшей математики, теории электрических цепей.

Данные методические указания содержат задания к двум расчетно-графическим работам и примеры решения задач на темы: проводимость полупроводников, полупроводниковые диоды, расчет выпрямительных цепей, расчет параметрических стабилизаторов напряжения, графоаналитический расчет транзисторного усилителя.

При выполнении РГР необходимо:

­         выбрать свой вариант в соответствии с двумя последними цифрами номера зачетной книжки;

­         номер варианта, группа, фамилия и инициалы студента должны быть указаны на титульном листе;

­         текст задания должен быть переписан без сокращений в пояснительную записку РГР;

­         в пояснительной записке необходимо приводить не только расчетные формулы, соответствующие единицы измерения и конечные результаты, но и пояснения и необходимые промежуточные вычисления;

­         все текстовые и графические материалы должны соответствовать фирменному стандарту [1], содержать титульный лист, задание, основную часть – решение задач и литературу.


2 Задания к расчетно-графическим работам

2.1 Задание к РГР №1

Задача №1

Найти контактную разность потенциалов  для р-n перехода при заданной температуре Т и собственной концентрации носителей в полупроводнике - ni (см. таблицу 2.1). Концентрация акцепторной примеси – Nа атом/см3 и концентрация донорной примеси Nд атом/см3 приведены в таблице 2.2.

Последняя цифра номера зачетной книжки

№ вар.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

Т,оС

20

25

27

18

21

19

30

28

22

25

ni

2∙1014

2∙1013

3∙1014

5∙1013

4∙1014

3∙1014

4∙1013

5∙1015

3∙1013

4∙1013

Т а б л и ц а 2.1

 

 

 

Т а б л и ц а 2.2  

Предпоследняя цифра номера зачетной книжки

№ вар.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

Nд

2∙1015

3∙1015

6∙1015

4∙1016

5∙1016

7∙1016

5∙1016

3∙1016

3∙1015

4∙1016

Na

2∙1018

2∙1018

2∙1017

2∙1018

3∙1019

8∙1017

6∙1017

2∙1018

5∙1017

2∙1018

 

 

 

 

Задача №2

Обратный ток диода при температуре Т равен I0. (см. таблицу 2.3). Определить сопротивление полупроводникового диода постоянному току и его дифференциальное сопротивление при прямом напряжении Uпр (см. таблицу 2.4).

 

Т а б л и ц а  2.3

Последняя цифра номера зачетной книжки

№ вар.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

I0, мкА

1,8

1,5

2,5

1,5

3,5

1,0

2,0

2,5

3

1,5

T, K

300

297

293

295

298

302

296

299

300

301

 

 

Т а б л и ц а 2.4

Предпоследняя цифра номера зачетной книжки

№ вар.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

Uпр,мВ

250

380

200

350

200

250

350

400

240

150

 

Задача №3

Рассчитать и нарисовать простейшую схему выпрямителя без сглаживающего фильтра для выпрямления синусоидального напряжения с действующим напряжением U (см. таблицу 2.5), используя диоды с максимально допустимым обратным напряжением Uобр.мах при максимальной рабочей температуре и  обратным током при максимально допустимой температуре(см. таблицу 2.6).

Т а б л и ц а 2.5

Последняя цифра номера зачетной книжки

№ вар.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

U,В

500

600

550

720

650

400

450

650

520

680

 

Т а б л и ц а 2.6

Предпоследняя цифра номера зачетной книжки

№ вар.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

Uобр.мах, В

150

280

200

150

200

250

320

200

140

120

, мкА

250

280

260

230

280

300

300

250

200

220

 

Задача №4

Составить и рассчитать выпрямительную цепь, позволяющую получить выпрямленный ток Iвыпр (см. таблицу 2.7), если максимально допустимое значение  прямого тока одного диода при максимальной температуре Iвыпр.max и прямое среднее напряжение Uпр.ср, В (см. таблицу2.8). 

 

Т а б л и ц а 2.7

Последняя цифра номера зачетной книжки

№ вар.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

Iвыпр, мА

380

540

500

400

480

450

420

500

550

520

 

Т а б л и ц а 2.8

 

Предпоследняя цифра номера зачетной книжки

№ вар.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

Iвыпр.max, мА

150

180

200

150

200

250

160

200

140

120

Uпр.ср, В

0,8

1,0

0,9

0,7

1,0

1,0

0,8

0,8

0,9

0,7

 

 

Задача №5

В схеме параметрического стабилизатора напряжения сопротивление нагрузки Rн. Данные стабилитрона: Uст ‑ напряжение стабилизации, Iст.макс.‑ максимальный ток стабилизации, Iстмин .‑ минимальный ток стабилизации (см. таблицу 2.9). Входное напряжение изменяется от Uвхмин. до Uвхмакс. (см. таблицу 2.10). Привести схему стабилизатора, вольтамперную характеристику стабилитрона и линию нагрузки на ней. Найти  балластное сопротивление Rб. Определить будет ли обеспечена стабилизация во всем диапазоне изменения Uвх..

 

Т а б л и ц а 2.9

Последняя цифра номера зачетной книжки

№ вар.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

Rн,кОм

0,6

1

1

0,8

1,5

1,5

2

2

3

2,5

Uст

8

5

6

6,5

7

8

6,8

9

10

5

Iстмин,мА

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,5

0,5

0,6

0,8

0.5

Iстмакс,мА

2,5

1,5

3

3,2

3,1

2,5

3

2,8

2,9

3.2

 

 

Т а б л и ц а 2.10

Предпоследняя цифра номера зачетной книжки

№ вар.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

Uвх.мин,В

9

7

8

10

10

10

10

12

12

8

Uвх.мах

20

17

18

20

22

22

20

24

23

15

 

Задача №6

Температурный коэффициент напряжения стабилизации стабилитрона      αн, %/ оС, напряжение стабилизации при 200С – Uст, В (см. таблицу 2.11). Определить каким будет его напряжение стабилизации  при температуре Т,0С (см. таблицу 2.12).

Т а б л и ц а 2.11

Последняя цифра номера зачетной книжки

№ вар.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

αн, %/ оС

0,02

0,03

0,01

0,05

0,04

0,04

0,05

0,03

0,02

0,03

Uст

10

9

8

8

6,2

5,6

10

15

12

5,6

Т а б л и ц а 2.12

Предпоследняя цифра номера зачетной книжки

№ вар.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

Т,0С

40

50

60

70

50

70

60

60

60

70

2.2 Задание к РГР №2

Задача №1

Транзистор VT (может быть p-n-p или n-p-n) включен в усилительный каскад по схеме с ОЭ (см. рисунок 2.1) со смещением начальной рабочей точки током базы покоя. Для подачи смещения в цепь базы используется резистор Rб. Каскад питается от одного источника с напряжением Ек. Заданы постоянная составляющая тока базы Iб0, амплитуда переменной составляющей тока базы I, сопротивление резистора коллекторной нагрузки Rк, максимально допустимая мощность, рассеиваемая коллектором, РКmax (см. таблицу 2.13). Диапазон частот усиливаемых колебаний fн ¸ fв (см. таблицу 2.14).

Привести схему включения транзистора в соответствии с его типом проводимости и произвести графоаналитический расчет динамического режима.

Для этого требуется:

а) построить линию РКmax транзистора;

б) по выходным характеристикам найти:

1)     постоянную составляющую тока коллектора Iк0;

2)     постоянную составляющую напряжения коллектор-эмиттер Uкэ0;

3)     амплитуду переменной составляющей тока коллектора I;

4)     выходную мощность Рвых;

5)     амплитуду выходного напряжения UmR = Umкэ;

6)     коэффициент усиления по току КI;

7)     полную потребляемую мощность в коллекторной цепи Р0;

8)     кпд коллекторной цепи h.

Проверить, не превышает ли мощность Рк0, выделяемая на коллекторе в режиме покоя, максимально допустимую мощность РКmax;

в) с помощью входных характеристик определить:

1)     напряжение смещения Uбэ0;

2)     амплитуду входного сигнала Umбэ;

3)     входную мощность Рвх;

4)     коэффициент усиления по напряжению КU и по мощности КP,

5)     входное сопротивление каскада Rвх;

6)     сопротивление резистора Rб;

7)     емкость разделительного конденсатора СР;

г) для рабочей точки усилителя найти параметры h21э, h22э, Rвых  h11э, и аналитически рассчитать величины КI, КU, КР, Rвх.

 

Последняя цифра номера зачетной книжки

№ вар.

1

2

3

4

5

VT

КТ120А

КТ313А

КТ317А

КТ361Б

ГТ402Д

Ек, В

0,8

6

4

25

6

Iб0, мА

0,4

0,5

0,005

0,2

3

Imб, мА

0,2

0,1

0,002

0,1

1

Rк, кОм

0,05

0,1

10

0,5

0,02

Pkmax, Вт

0,012

0.1

0.001

0,75

2,0

Т а б л и ц а 2.13

 

 

 

 

 

 

 

Продолжение таблицы 2.13

Последняя цифра номера зачетной книжки

№ вар.

6

7

8

9

0

VT

КТ501А

КТ601А

ГТ703А

КТ803А

КТ902А

Ек, В

30

60

15

50

30

Iб0, мА

0,15

0,15

10

75

24

Imб, мА

0,05

0,075

100

20

8

Rк, кОм

2,5

1,5

0,01

0,0125

0,012

Pkmax, Вт

0,35

1.5

15

150

40

 

 

 

 

 

 

 

 Т а б л и ц а 2.14

 

Предпоследняя цифра номера зачетной книжки

№ вар.

1

2

3

4

5

fн, Гц

100

150

80

95

120

fв, кГц

6

8

5

6

9

 

 

 

  

Продолжение таблицы 2.14

Предпоследняя цифра номера зачетной книжки

№ вар.

6

7

8

9

0

fн, Гц

100

120

150

100

150

fв, кГц

12

10

18

9

7

 

 

 

 

 

 

Задача №2

Определить напряжение на коллекторе Uк (см. рисунок 2.1), если базовый ток транзистора Iб, коэффициент прямой передачи тока базы h21э (см. таблицу 2.15), сопротивление коллекторной нагрузки Rк, напряжение коллекторного питания Ек (см. таблицу 2.16). Обратным током транзистора пренебречь.

 

Та б л и ц а 2.15

Последняя цифра номера зачетной книжки

№ вар.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

Iб, мА

0,5

0,3

0,2

0,4

0,2

0,5

0,6

0,2

0,3

0,4

h21э

20

25

30

35

15

20

25

30

35

15

 

 

Таблица 2.16

Предпоследняя цифра номера зачетной книжки

№ вар.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

Rк, кОм

0,5

0,6

0,8

1,0

0,6

1,5

2,0

2,2

1,5

2,5

Ек, В

9

10

12

15

8

11

20

16

14

18

 

Задача №3

Определить напряжение коллекторного питания Ек в схеме (см. рисунок 2.1), если напряжение на коллекторе в режиме покоя Uкп, ток коллектора покоя  Iкп  (см. таблицу 2.17),сопротивление коллекторной нагрузки Rк (см. таблицу 2.18).

 

Т а б л и ц а 2.17

Последняя цифра номера зачетной книжки

№ вар.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

Uкп, В

10

5

2

4

3,5

2,5

6

8

7

4,5

Iкп, мА

100

25

30

35

15

20

25

30

35

15

 

Т а б л и ц а 2.18

Предпоследняя цифра номера зачетной книжки

№ вар.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

Rк, кОм

0,1

0,3

0,2

0,4

1,2

0,5

0,6

1,5

1,0

2,0

  

3 Методические указания к выполнению расчетно-графических работ

3.1 Контактная разность потенциалов p-n перехода

Для выполнения этого задания необходимо проработать материал раздела 2.1 [4]. Известно, что в области p-n перехода происходит искривление энергетических диаграмм и на границе слоёв возникает потенциальный барьер, называемый контактной разностью потенциалов jк = DЕ/q.

Изменение напряженности электрического поля DЕ можно определить, например, для электронов по смещению дна зоны проводимости на энергетической диаграмме, q – заряд электрона.

Потенциальный барьер

jк = DЕ/q = (ЕcpEcn)/q =  (кТ/q) ln[(NaNд)/ni2],                                     (3.1)

 – кТ/q=jT – температурный потенциал;

заряд электрона q=Кл.;

постоянная Больцмана k = Дж/К;

N концентрация акцепторной примеси;

Nд концентрация донорной примеси;

ni собственная концентрация носителей в полупроводнике.

 

Например, найти контактную разность потенциалов  для р-n перехода при заданной температуре Т = 300 K и собственной концентрации носителей в полупроводнике ni =  атом/см 3. Концентрация акцепторной примеси Na = атом/см3 и концентрация донорной примеси Nд =атом/см 3.

Подставляем заданные значения в (3.1)

и, получаем

3.2 Характеристические сопротивления диода

Для выполнения этого задания необходимо проработать материал раздела 2.5.1 [4].

 Например, определить сопротивление полупроводникового диода постоянному току R0 и его дифференциальное сопротивление rдиф при прямом напряжении Uпр= 0,2В.

Обратный ток диода при Т=300 К равен I0 = 2 мкА.

 Сопротивление по постоянному току

R0 = U/I = jT ln(I/I0+1)/I = (jT / I) ln(I/I0+1).

Найдем ток диода при прямом напряжении U=0,2 B по формуле

.

Тогда сопротивление диода постоянному току

Ом.

Определим дифференциальное сопротивление rдиф

См;   Ом.

Так как I>>I0 , то можно использовать , следовательно,

Ом.

 3.3 Последовательное соединение выпрямительных диодов

Для выполнения этого задания необходимо проработать материал раздела 4.2 [4].

Иногда используется параллельное или последовательное соединение диодов:

 

 

 

 

 

 

 

а) если Uобр.>Uобр.доп., то используется последовательное соединение диодов (см. рисунок 3.1,а). Для выравнивания обратных сопротивлений диодов необходимо их шунти­ровать резисторами Rш, чтобы равномерно разделить обратные напряжения на вентилях. Обычно выбирается Rш=(0,1¸0,2)Rобр ­.

Например, рассчитать простейшую схему выпрямителя без сглаживающего фильтра для выпрямления синусоидального напряжения с действующим напряжением      U =700 В, используя диоды с максимально допустимым обратным напряжением Uобр.мах= 300 В при максимальной рабочей температуре.

Определим амплитудное значение синусоидального напряжения Um=U = 700 = 1000В. Это напряжение будет обратным. Так как максимально допустимое обратное напряжение Uобр.мах= 300 В, то  для выпрямления необходимо применить цепочку последовательно соединенных диодов. Но из-за возможных больших разбросов обратных сопротивлений диодов их необходимо шунтировать резисторами для равномерного распределения обратных напряжений. Необходимое число диодов n определим по формуле

,

 где - коэффициент нагрузки по напряжению (может принимать значения  от 0,5 до 0,8). Примем =0,7. Тогда

.

Возьмем n=5.

Значения сопротивлений шунтирующих резисторов определим по формуле

,

где коэффициент 1,1 учитывает 10%-ный разброс сопротивлений применяемых резисторов. Допустим обратный ток при максимально допустимой температуре = 300 мкА. Подставив значения величин, получим

.

Возьмем =300 кОм.

Нарисуйте схему выпрямителя.

 

3.4 Параллельное соединение выпрямительных диодов

Если Iпр.>Iпрдоп., то применяется параллельное соединение диодов (см. рисунок 3.1,б). При этом для выравнивания прямых сопротивлений диодов последовательно с ними включаются резисторы с малым сопротивлением   Rдоб = (5¸10)Rд. прям.

Например, необходимо составить и рассчитать выпрямительную цепь, позволяющую получить выпрямленный ток Iвыпр=400мА, если максимально допустимое значение  прямого тока одного диода при максимальной температуре Iвыпр.max = 200мА, прямое среднее напряжение =1 В.

Так как требуемый выпрямленный ток Iвыпр=400мА превышает максимально допустимое значение  прямого тока одного диода при максимальной температуре Iвыпр.max = 200 мА, то необходимо несколько диодов соединить параллельно. Ввиду возможного разброса прямых сопротивлений диодов до десятков процентов для выравнивания токов, протекающих через диоды, необходимо последовательно с диодами включить добавочные резисторы.

Требуемое число диодов определяется по формуле

,

где коэффициент нагрузки по току, принимающий значения от 0,5 до 0,8. При

=2,5.

Возьмем n=3.

Значения сопротивлений добавочных резисторов найдем по формуле

Ом.

Возьмем =5 Ом.

Нарисуйте схему выпрямителя.

 

3.5 Параметрический стабилизатор напряжения

Для выполнения этого задания необходимо проработать материал раздела 4.4 [4].

Допустим, в схеме параметрического стабилизатора напряжения сопротивление нагрузки Rн=1 кОм. Данные стабилитрона: напряжение стабилизации Uст=6В; максимальный ток стабилизации Iст макс.= 3 мА; минимальный ток стабилизации Iст мин = 0,6 мА.

Входное напряжение изменяется от Uвх.мин.=8 В до Uвх.макс.=18 В. Привести схему стабилизатора, вольтамперную характеристику стабилитрона и линию нагрузки на ней. Найти балластное сопротивление Rб. Определить, будет ли обеспечена стабилизация во всем диапазоне изменения Uвх..

Определим значение балластного сопротивления в схеме параметрического стабилизатора напряжения по формуле

,

где Uвх ср=0,5∙(Uвх  мин+ Uвх макс)=0,5∙(8+18)=13 В.

Средний ток через стабилитрон

Iст ср= 0,5 (Iст  мин+ Iст мах) = 0,5 (0,6 + 3) = 1,8 мА.

Ток через нагрузку мА.

Балластное сопротивление Ом.

Стабилизация будет обеспечена для изменения Uвх  в пределах от

Uвх  мин=Uст+(Iст мин+Iн)Rб=9,2 В до Uвх  мах=Uст+(Iст мах+Iн)Rб=14 В.

Таким образом, в данном случае стабилизация получается не во всем диапазоне изменения напряжения источника питания, а только от 9,2В до 14В.

 

3.6 Влияние температуры на напряжение стабилизации стабилитрона

При повышении температуры окружающей среды изменяется напряжение стабилизации стабилитрона. Температурный коэффициент напряжения (ТКН)

                                                                                               (3.2)

есть отношение относительного изменения напряжения стабилизации UCT к абсолютному изменению температуры при постоянном токе стабилизации.

Допустим, температурный коэффициент напряжения стабилизации стабилитрона  %/0С, напряжение стабилизации при 200 С   Uст = 8 В.

 Определить каким будет напряжение стабилизации при температуре          Т0 = 60  0С.

Изменение температуры от 200 С до 60  0С   0С

 вызывает изменение напряжения стабилизации стабилитрона

 при температуре T0.

По (3.2) определим

 В.

При Т=60 0С   значение напряжения стабилизации увеличивается на  и станет равным Uст1 = 8 + 0,032 = 8,032 В.

 

 

3. 7 Графоаналитический  расчет динамического режима транзистора

Транзистор VT p-n-p-типа (необходимо указать марку транзистора и его тип проводимости) включен в усилительный каскад по схеме с ОЭ. Каскад питается от одного источника с напряжением Ек = – 10 В. Для подачи смещения в цепь базы используется резистор Rб. Имеет место смещение рабочей точки током базы покоя. Обратите внимание, что на рисунке 2.1 включен транзистор типа n-p-n,  тогда как в задаче задан p-n-p-типа.

Постоянная составляющая тока базы Iб0= 0,3 мА, амплитуда переменной составляющей тока базы I =0,2 мА, сопротивление нагрузки Rк = 0,5 кОм, а максимально допустимая мощность, рассеиваемая коллектором, РКmax =150 мВт. Диапазон частот усиливаемых колебаний fн=80 Гц , fв=5 кГц.

 

Требуется:

а)   привести схему включения заданного транзистора и выполнить графоаналитический расчет ее;

б)  проверить, не превышает ли мощность РК0, выделяемая на коллекторе в режиме покоя, максимально допустимую мощность РКmax;

в)  для рабочей точки усилителя найти параметры h21э, h22э, Rвых = 1/ h22э, h11э, и аналитически рассчитать величины КI, КU, КP, Rвх.

 

Методические указания к выполнению графоаналитического  расчета динамического режима транзистора

Характеристики транзистора берутся из справочника, например, для заданного показаны на рисунках 3.2 и 3.3:

 

 

 

 

 

 


а) на семействе выходных характеристик (см. рисунок 3.3) строим линию максимально допустимой мощности, используя уравнение:

IKmax = РКmax  / Uкэ   IKmax = 150×10-3   / UКЭ .

Подставим значения UКЭ, равные, например, -7,5; -10; -15; -20 В, получаем  значения  IKmax, равные 20; 15; 10; 7,5 мА, соответственно (см.таблицу 3.1).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Т а б л и ц а 3.1

UКЭ, В

− 7,5

− 10

− 15

− 20

IKmax, мА

20

15

10

7,5

 

 

Построим по этим точкам линию РКmax  на рисунке 3.3;

б) используя уравнение линии нагрузки Iк=Uкэ)/Rк, на семействе выходных характеристик строим линию нагрузки

при Iк= 0, Uкэ = Ек =  − 10 В  − первая точка линии нагрузки,

при Uкэ= 0, Iк = Ек/ Rк =10/500 = 20 мА − вторая точка. Соединяем их.

Точка пересечения линии нагрузки с характеристикой, соответствующей постоянной составляющей тока базы Iб0=300 мкА, определит рабочую точку. Ей будут соответствовать

Iко = 6 мА,  Uкэ0 = 7 В.

Амплитуду переменной составляющей тока коллектора определим как среднее значение

,            I = (9×10-3 −2×10-3) / 2 = 3,5 мА.

Амплитуда переменного напряжения на нагрузке

UmR = Umкэ = I Rк,      UmR = Umкэ = 3,5×10-3 × 0,5×103 = 1,75 В.

Коэффициент усиления по току

КI  = I / I,                  КI  = 3,5×10-3 / 0,2×10-3 = 17,5.

 

Выходная мощность     Рвых = 0,5 I UmR ,     

Рвых = 0,5×3,5×10-3 ×1,75 = 3×10-3  = 3 мВт.

 

Полная потребляемая мощность в коллекторной цепи

Р0 = ЕкIк0,      Р0 = 10×6×10-3 = 60 мВт.

Кпд коллекторной цепи

h = Рвых / Ро,                 h = 3×10-3 / 60×10-3 = 0,05 = 5 %.

 

Мощность, рассеиваемая на коллекторе постоянной составляющей коллекторного тока

РК0 = IК0UКЭ0,               РК0 = 6×10-3×7 = 42 мВт,          РКmax = 150 мВт,

РК0 < РКmax  следовательно, режим работы усилителя является допустимым;

в) далее расчет ведем по семейству входных характеристик (см. рисунок 3.2). У транзисторов входные характеристики расположены близко друг от друга, поэтому в качестве рабочей входной характеристики можно принять одну из статических входных характеристик, соответствующую активному режиму, например, характеристику, снятую при UКЭ = − 5 В. Из графика находим, что Uбэ0 = − 0,25 В.

Амплитуда входного напряжения

,       Umбэ = (277×10-3 − 187×10-3) /2 = 45 мВ.

Модуль коэффициента усиления по напряжению

|КU| = Umкэ / Umбэ,                  |КU| = 1,75 / 45×10-3 = 39.

Коэффициент усиления по мощности

КР = | КI KU |,                   KP = 39×17.5 @ 690.

Входная мощность

Pвх = 0,5IU,              Рвх = 0,5×0,2×10-3 ×45×10-3 = 4,5 мкВт.

Входное сопротивление

Rвх = Umбэ / I,              Rвх = 45×10-3 / 0,2×10-3 = 225 Ом.

Сопротивление резистора Rб

,           Rб = (10−0,25) /0,3×10-3 =32,5 кОм.

Емкость разделительного конденсатора Ср определяется из условия

 где wн – низшая рабочая частота;

СР = ,       СР =10 / (6,28×80×225) = 90 мкФ;

г) рассчитаем h-параметры в рабочей точке при UКЭ =  7 В и Iк0 = 6 мА

h21э  = b = ;

по точкам В и Г на рисунке 3.3 определим

h21э  = = 18,5.

По точкам D и E определим

h22э  =              h22э  = = 117 мкСм.

Rвых = ,                      Rвых = = 8,5 кОм,

параметр h11э  = .

По точкам М и N на рисунке 3.2 определим

h11э  = = 210 Ом.

Крутизна характеристики транзистора

S = y21э = = = 88 мА/В.

С помощью найденных параметров определим искомые значения по приближенным формулам. Коэффициент усиления по току КI » h21э = 18.5, точнее

КI = = = 17.5, что сходится с результатом графо-аналитического расчета.

Входное сопротивление Rвх @ h11э » 210 Ом.

Коэффициент усиления по напряжению

КU » » = - 44;       точнее, КU = = - 41.5.

Коэффициент усиления по мощности

KP = êKI × KU ê= 17,5 × 41,5 = 725.

3.8 Определение напряжения на коллекторе

Определить напряжение на коллекторе Uк (см. рисунок 2.1), если базовый ток транзистора Iб = 200 мкА, коэффициент прямой передачи тока базы h21э=25, сопротивление коллекторной нагрузки Rк=1кОм, напряжение коллекторного питания Ек=11 В. Обратным током транзистора пренебречь.

 

Определим ток коллектора, протекающий через транзистор

.

Падение напряжения на сопротивлении коллекторной нагрузки Rк

                         

Определим напряжение на коллекторе

.

 

3.9 Определение напряжения коллекторного питания

Допустим, необходимо определить напряжение коллекторного питания Ек в схеме (см. рисунок 2.1), если напряжение на коллекторе в режиме покоя Uкп=, ток коллектора покоя  Iкп =25 мА, сопротивление коллекторной нагрузки Rк= 0,2 кОма.

Определим падение напряжения на сопротивлении коллекторной нагрузки Rк

.

Напряжение коллекторного питания Ек

                     .

 

 


Список литературы

1.   Работы учебные. Фирменный стандарт ФС РК 10352-1910-У-е-001-2002. Общие требования к построению, изложению, оформлению и содержанию. – Алматы: АИЭС, 2002. – 31 с.

2.   Головатенко-Абрамова М.П., Лапидес А.М. Задачи по электронике. – М.: Энергоатомиздат, 1992. – 112 с.

3.   Расчет электронных схем. Учебное пособие для вузов. /Г.И.Изъюрова и др. – М.: Высшая школа, 1987.‑335 с.

4.   Жолшараева Т.М. Микроэлектроника. Полупроводниковые приборы: Учебное пособие. ‑ Алматы: АИЭС, 2006. – 79 с.

5.   Нефедов А.В. Транзисторы для бытовой, промышленной и спе-циальной аппаратуры: Справочное пособие. – М.: Солон-Пресс, 2008. – 600 с.

6.   Транзисторы для аппаратуры широкого применения: Справочник. /Под редакцией Б.Л.Перельмана. – М.: Радио и связь, 1982. – 656 с.

7.   Перельман Б.Л. Полупроводниковые приборы. Справочник. – М.: «СОЛОН», «МИКРОТЕХ», 2006. – 176 с.


Содержание

1 Общие методические указания к выполнению РГР. 3

2 Задания к расчетно-графическим работам. 4

2.1 Задание к РГР №1. 4

2.2 Задание к РГР №2. 7

3 Методические указания к выполнению расчетно-графических работ. 10

3.1 Контактная разность потенциалов p-n перехода. 10

3.2 Характеристические сопротивления диода. 11

3.3 Последовательное соединение выпрямительных диодов. 12

3.4 Параллельное соединение выпрямительных диодов. 13

3.5 Параметрический стабилизатор напряжения. 13

3.6 Влияние температуры на напряжение стабилизации стабилитрона. 14

3. 7 Графоаналитический  расчет динамического режима транзистора. 15

3.8 Определение напряжения на коллекторе. 20

3.9 Определение напряжения коллекторного питания. 20

Список литературы.. 21