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 транзистореЗадания и методические указания к выполнению семестровой работы по курсу «Общая электротехника»Волгоград, 2007 г.УДК 621.317Аналитический 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 работыСеместровая 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 расчетаЗадан 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.РешениеПадение напряжения на резисторе в состоянии покояUК0 = IК0RК = 1*10-3*3,0*103 = 3 В.Ток базы в состоянии покояIБ0 = IК0/ h21Э = 10-3/50 = 0,02*10-3 А = 0,02 мА.Ток делителя напряженияIД = 7*0,02 = 0,14 мА.Ток делителя принимается равным (5…10) IБ0.Напряжение питания усилителяЕК = UКЭ0 + UК0 + UЭ0 ( по второму закону Кирхгофа).ЕК = 5 + 3 + 2,2 + 10,8 В.Падение напряжения на резисторе R2U2 = 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 R1U1 = ЕК – U2 = 10,8 – 2,4 = 8,4 В.Сопротивление R2R2 = U2/IД = 2,4/0,14*10-3 = 17,14*103 Ом = 17,14 кОм. Принимаем номинальное сопротивление резистора 18 кОм.Сопротивление R1R1 = 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 h11ЭТогда 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 RЭRЭ = 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 rЭСЭ > 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 усилителяС1 > 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 усиленияКU = 50*264,8/300 = 44. Мощность, рассеиваемая на коллектореРК = UКЭ0 IК0 = 5*10-3 = 0,005 Вт.По условию РКmax = 0.03 Вт.Таким образом, РК 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 ИвановнаАналитический расчет усилительного каскада на биполярном транзистореЗадания и методические указания к выполнению семестровой работы по курсу «Общая электротехника» РедакторТемплан 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