Реферат: Аналитический расчет усилительного каскада на биполярном транзисторе Задания и методические указания к выполнению семестровой работы по курсу «Общая электротехника» Волгоград, 2007 г

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ)

Кафедра «Электротехника»


Аналитический расчет усилительного каскада на биполярном транзисторе


Задания и методические указания к выполнению семестровой работы по курсу «Общая электротехника»


Волгоград, 2007 г.


УДК 621.317


Аналитический расчет усилительного каскада на биполярном транзисторе: Задания и методические указания к выполнению семестровой работы по курсу «Общая электротехника» /Сост. канд. тех. наук, доцент С.И. Николаева, Волгоград. гос. ун-т. –Волгоград, 2007. -13с.


В работе приведены задания на семестровую работу по разделу «Электроника» курса «Общая электротехника». Включает в себя задания на выполнение семестровой работы и пример расчета.

Работа предназначена для специальности 150900 «Технология, оборудование и автоматизация машиностроительного производства», но отдельные ее части могут быть использованы и для других специальностей, изучающих курс «Электротехника и электроника».


Рис. 1. Табл. 3. Библиогр.: 3 наименования.


Печатается по решению редакционно-издательского совета Волгоградского государственного технического университета (ВолгГТУ)


Рецензент: к.т.н., доц. А.В. Емельянов


© Волгоградский государственный

технический университет


^ ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ

Семестровая работа выполняется по исходным данным в соответствии с вариантом.

Семестровая работа содержит 1 задание. В данном задании приведен текст задания и исходные данные для его решения. ^ Исходные данные согласно варианту приведены в таблице 2.1.

Номер варианта соответствует номеру студента в журнале учебной группы.

Правила оформления семестровой работы


Семестровая работа оформляется на листах формата А4. Титульный лист работы имеет стандартный вид и должен содержать наименование предмета, по которому сделана работа, вариант по номеру в журнале, фамилию и инициалы студента, номер группы учебной группы (см. Приложение 1) . После записи «Проверил» указывается фамилия и инициалы преподавателя.

Текст работы может быть набран на компьютере и написан «вручную». В любом случае обязательно приводится полный текст задания. Затем выписываются исходные данные своего варианта, а затем приводятся ответы на вопросы или решение задачи.

Текст решения должен содержать пояснения, какой параметр и по какой исходной формуле определяется. Если требуется, чертятся схемы (непосредственно по тексту) и графики (на миллиметровке). Схемы должны быть выполнены карандашом с использованием чертежных инструментов и в соответствии с требованиями ЕСКД.

Семестровая работа, выполненная не для своего варианта, а также оформленная небрежно и не по правилам, не проверяется и не оценивается.


Задание: Требуется провести расчет усилительного каскада на биполярном транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером и с температурной стабилизацией за счет отрицательной обратной связи.


В соответствии с вариантом считаются заданными:

Тип транзистора;

Рабочая точка транзистора в состоянии покоя;

Сопротивление резистора в цепи коллектора Rк;

Наименьшая граничная частота fн;

Падение напряжения на резисторе Rэ, которое выбирают в соответствии с требованиями к температурной стабилизации усилителя.

Общими для всех вариантов величинами являются:

Коллекторный ток транзистора Iк0 = 1мА;

Напряжение между коллектором и эмиттером Uкэ0 = 5 В в состоянии покоя;

Сопротивление нагрузки усилителя берут равным рассчитанному ранее входному сопротивлению усилителя Rвх, т.е. считают, что данный усилитель имеет в качестве нагрузки такой же каскад усиления.

Рассчитать:

Параметры остальных элементов схемы;

Напряжение на этих элементах и протекающие через них токи;

Коэффициент усиления по напряжению в области средних частот.

Нарисовать схему усилительного каскада и объяснить ее работу. На схеме должны быть представлены все элементы, рассчитанные в семестровой работе, токи и напряжения на всех элементах схемы.


Исходные данные согласно варианту задания приведены в таблице 2.1.


Таблица 2.1- Исходные данные к заданию

Вари-ант

Тип транзис-тора

h11Э

h12Э

h21Э

h22Э

Rк

UЭ0

fн

Рк мах

Ом

-

-

Ом-1

кОм

В

Гц

Вт

1

ГТ108А

540

9*10-3

35

120*10-6

1,8

1,1

65

0,075

2

МП39

850

7*10-3

35

55*10-6

2,4

2,5

50

0,15

3

МП40

900

8*10-3

30

60*10-6

3,0

2,2

30

0,15

4

П416

650

32*10-3

40

150*10-6

5,6

2,2

20

0,15

5

МП41

950

7,5*10-3

45

50*10-6

3,6

2,8

25

0,15

6

МП14

930

7*10-3

30

100*10-6

4,7

2,3

15

0,15

7

МП15

1300

8*10-3

45

150*10-6

1,5

0,8

70

0,15

8

ГТ322

330

16*10-3

56

62,5*10-6

2,7

1,8

65

0,075

9

МП39Б

1100

6*10-3

40

45*10-6

3,3

1,8

40

0,15

10

МП41А

750

5*10-3

75

75*10-6

4,7

3,1

10

0,15

11

ГТ309Б

4500

9*10-3

120

250*10-6

1,8

1,3

20

0,05

12

ГТ322Б

2500

4*10-3

85

85*10-6

3,3

2,0

35

0,2

13

МП40

900

8*10-3

30

60*10-6

4,3

1,5

80

0,15

14

МП14

930

7*10-3

30

100*10-6

4,7

1,6

90

0,15

15

МП40А

1100

7*10-3

30

56*10-6

5,1

2,0

85

0,15

16

ГТ108А

540

9*10-3

35

120*10-6

6,2

2,5

95

0,075

17

МП39

850

7*10-3

28

55*10-6

4,3

1,7

85

0,15

18

ГТ309Б

4500

9*10-3

120

120*10-6

5,1

2,6

75

0,05

19

МП15

1300

8*10-3

45

150*10-6

4,3

1,7

60

0,15

20

МП39Б

1100

6*10-3

40

46*10-6

6,8

2,3

55

0,15

21

ГТ322Б

2500

4*10-3

85

85*10-6

7,5

2,5

70

0,2

22

ГТ108А

540

9*10-3

35

120*10-6

4,7

2,2

80

0,075

23

ГТ309Б

4500

9*10-3

120

120*10-6

3,6

2,2

60

0,05

24

МП39

850

7*10-3

28

55*10-6

3,6

1,5

95

0,15

25

МП39Б

1100

6*10-3

40

46*10-6

5,6

2,2

45

0,15

26

МП15

1300

8*10-3

45

150*10-6

1,8

1,8

50

0,15

27

МП39Б

540

9*10-3

35

120*10-6

3,0

1,8

65

0,075

28

МП39

850

7*10-3

28

55*10-6

2,7

2,0

80

0,15

29

МП39Б

1100

6*10-3

40

46*10-6

4,7

2,1

40

0,15

30

ГТ309Б

4500

9*10-3

120

120*10-6

4,3

1,9

65

0,05

31

МП15

1300

8*10-3

45

150*10-6

2,0

1,6

70

0,15

32

ГТ108А

540

9*10-3

35

120*10-6

1,8

1,6

75

0,075

33

МП41А

750

5*10-3

75

75*10-6

6,2

1,8

50

0,15

34

МП39

850

7*10-3

28

55*10-6

2,2

2,8

75

0,15

35

МП39Б

1100

6*10-3

40

46*10-6

4,3

2,0

65

0,15

36

ГТ309Б

4500

9*10-3

120

120*10-6

2,7

2,0

70

0,05

37

МП39Б

1100

6*10-3

40

46*10-6

3,9

1,9

70

0,15

38

МП15

1300

8*10-3

45

150*10-6

2,4

2,3

80

0,15

39

ГТ322Б

2500

4*10-3

85

85*10-6

6,2

2,5

80

0,2

40

ГТ108А

540

9*10-3

35

120*10-6

2,0

2,5

60

0,075






Рис. 2.1 – Схема усилительного каскада на биполярном транзисторе с общим эмиттером


^ Пример расчета


Задан транзистор ГТ-109Б.

Для этого транзистора

h11Э = 300 Ом;

h12Э = 12*10-3;

h21Э = 50;

h22Э = 75*10-6 См ;

RК = 3,0 кОм;

UЭ0 = 2,2 В;

fН = 40 Гц;

PКmax = 0,030 Вт.

Общие данные: IК0 = 1 мА; UКЭ0 = 5 В; RН = Rвх.

Решение


Падение напряжения на резисторе в состоянии покоя


UК0 = IК0RК = 1*10-3*3,0*103 = 3 В.


Ток базы в состоянии покоя


IБ0 = IК0/ h21Э = 10-3/50 = 0,02*10-3 А = 0,02 мА.


Ток делителя напряжения


IД = 7*0,02 = 0,14 мА.


Ток делителя принимается равным (5…10) IБ0.


Напряжение питания усилителя


ЕК = UКЭ0 + UК0 + UЭ0 ( по второму закону Кирхгофа).


ЕК = 5 + 3 + 2,2 + 10,8 В.


Падение напряжения на резисторе R2


U2 = UЭ0 + UБЭ0.

UБЭ0 для германиевых транзисторов принимают равным (0,2…0,3) В.

U2 = 2,2 + 0,2 = 2,4 В.


Падение напряжения на резисторе R1


U1 = ЕК - U2 = 10,8 – 2,4 = 8,4 В.


Сопротивление R2


R2 = U2/IД = 2,4/0,14*10-3 = 17,14*103 Ом = 17,14 кОм.

Принимаем номинальное сопротивление резистора 18 кОм.


Сопротивление R1


R1 = U1/(IД + IБ0) = 8,4/(0,14 + 0,02)*10-3 = 52,5*103 Ом = 52,5 кОм.

Принимаем номинальное сопротивление резистора 56 кОм.

Входное сопротивление Rвх усилителя определяется параллельным включением сопротивлений R1, R2 и входным сопротивлением транзистора h11Э


Тогда 1/Rвх = 1/ R1 + 1/ R2 + 1/ h11Э.


1/Rвх = 1/56000 + 1/18000 + 1/300 = 3,4*10-3 См;


Rвх = 293 Ом.


Сопротивление нагрузки усилителя Rн по условию задачи принимаем равным входному сопротивлению, поскольку нагрузкой усилительного каскада служит другой такой же каскад



Rн = Rвх = 293 Ом.


Сопротивление RЭ


RЭ = UЭ0/( IК0+ IБ0) = 2,2/(1 + 0,02)*10-3 = 2,16*103 Ом = 2,16 кОм.

Принимаем номинальное сопротивление резистора 2,2 кОм.


Емкость шунтирующего конденсатора в эмиттерной цепи СЭ выбирается по нижней границе частоты с учетом эмиттерного дифференциального сопротивления транзистора rЭ


СЭ > 1/2πfн rЭ, где rЭ = 2h12Э/h22Э.


rЭ = 2*12*10-3/75*10-6 = 0,32*103 Ом = 320 Ом;


СЭ = 1/2π*40*320 = 0,0000124 Ф = 12,4 мкФ.


Принимаем емкость конденсатора СЭ = 13 мкФ.


Емкость разделительного конденсатора Ср1 на входе усилителя


С1 > 1/2πfн Rвх = 1/2π*40*293 = 0,0000136 Ф = 13,6 мкФ.


Принимаем емкость конденсатора С1 = 15 мкФ.


Емкость разделительного конденсатора на выходе усилителя С2



С2 = С1 = 15 мкФ.


Коэффициент усиления по напряжению


КU = h21ЭRкн/h11Э.


Rкн – сопротивление нагрузки усилителя, которое принимается равным сопротивлению параллельного соединения Rк, Rн и Rвых.


1/ Rкн = 1/ Rк + 1/ Rн +1/ Rвых , где Rвых = 1/h22Э;


1/ Rкн = 1/3400 + 1/293 + 75*10-6 = 3,78*10-3 См;


Rкн = 264,8 Ом.


Коэффициент усиления


КU = 50*264,8/300 = 44.


Мощность, рассеиваемая на коллекторе


РК = UКЭ0 IК0 = 5*10-3 = 0,005 Вт.


По условию РКmax = 0.03 Вт.


Таким образом, РК < РКmax.


Ответы:

R1 = 56 кОм; R2 = 18 кОм; RЭ = 2,2 кОм; Rн = 293 Ом;

С2 = С1 = 15 мкФ; СЭ = 13 мкФ; КU = 44.


Примечания.


Номинальные сопротивления резисторов стандартизированы. Для постоянных резисторов согласно ГОСТ 2825 – 67 установлено 6 рядов: Е6, Е12, Е24, Е48, Е96, Е192. Цифра после буквы Е указывает число номинальных значений в каждом десятичном интервале.

Таблица 2.2 - Номинальные сопротивления по рядам

Ряд

Числовые коэффициенты

Е6

1; 1,5; 2,2; 3,3; 4,7; 6,8

Е12

1; 1,2; 1,5; 1,8; 2,2; 2,7; 3,3; 3,9; 4,7; 5,6; 6,8; 8,2

Е24

1; 1,1; 1,2; 1,3; 1,5; 1,6; 1,8; 2,0; 2,2; 2,4; 2,7; 3,0; 3,3; 3,6; 3,9; 4,3; 4,7; 5,1; 5,6; 6,2; 6,8; 7,5; 8,2; 9,1


Номинальные сопротивления в каждой декаде соответствуют указанным в таблице 2.2 числам или числам, полученным умножением или делением их на 10n , где n – целое положительное или отрицательное число.


Номинальные значения емкости конденсаторов стандартизированы и выбираются из определенных рядов чисел путем умножения или деления их на 10n , где n – целое положительное или отрицательное число. Наиболее употребляемые ряды номинальных емкостей приведены в таблице 2.3.


Таблица 2.3 – Номинальные емкости по рядам

Е3

Е6

Е12

Е24

Е3

Е6

Е12

Е24

1

1

1

1

4,7

3,3

3,3

3,3

1,1

3,6

1,2

1,2

3,9

3,9

1,3

4,3

1,5

1,5

1,5

4,7

4,7

4,7

1,6

5,1

1,8

1,8

5,6

5,6

2,0

6,2

2,2

2,2

2,2

2,2

6,8

6,8

6,8

2,4

7,5

2,7

2,7

8,2

8,2

3

9,1



^ Список рекомендуемой литературы.


Лачин В.И., Савелов Н.С. Электроника: Учебн. пособие. –Ростов н/Д: изд-во «Феникс», 2002 г. -576с.

Прянишников В.А. Электроника: Полный курс лекций. –СПб.: КОРОНА принт, 2004. -416 с.

Павлов В.Н., Ногин В.Н. Схемотехника аналоговых электронных устройств: Учебник для вузов – М.: Горячая линия – Телеком, 2001. -320 с.



Составитель Николаева Светлана Ивановна


Аналитический расчет усилительного каскада на биполярном транзисторе


Задания и методические указания к выполнению семестровой работы по курсу «Общая электротехника»


Редактор


Темплан 2007 г. Поз №


Подписано в печать Формат 60 (84) 1/16

Бумага газетная. Печать офсетная. Усл. Печ. Л. 0,8. Уч.-из л.

Тираж 200 экз. Заказ______

Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ)

400131 Волгоград, проспект Ленина, 28

РПК «Политехник» Волгоградского государственного технического университета

400131 Волгоград, ул. Советская,35