Контрольная работа по проектированию цифровых электронных устройств на тему АНАЛОГОВАЯ СХЕМОТЕХНИКА

Задача 1
1. Указать способ включения транзистора. Рассчитать координаты точки покоя (напряжение и ток в выходной цепи транзистора до подачи входного
сигнала) и их нестабильность в диапазоне температур (20…50) °С.
2. Построить нагрузочные прямые постоянного и переменного тока.
3. Изобразить эквивалентную схему каскада УНЧ для рабочего диапазона частот (области средних частот). Оценить коэффициент усиления по напряжению, входное и выходное сопротивления.
4. Характеристики и параметры транзистора приведены в приложении Г.

Рис.1. Усилительный каскад

Рис.2. Входная характеристика биполярного транзистора

Рис.3. Выходная характеристика биполярного транзистора
Коэффициент усиления тока базы β = 100. Омическое сопротивление области
базы rБ = 100 Ом. Сопротивление коллекторного перехода rК = 5 МОм.
Транзистор кремниевый.
Схема анализируемого усилительного каскада приведена на рис. 1. Транзистор включен по схеме с общим эмиттером. Введем обозначения и поясним назначение элементов схемы:
RфСф – фильтр в цепи питания, за счет Rф действует ООС по постоянному току, стабилизирующая режим работы VT1; RК – сопротивление коллекторной цепи, с помощью которого формируется переменная составляющая напряжения на коллекторе VT1; Rн – сопротивление нагрузки; RБ – базовое сопротивление, задающее режим работы транзистора по постоянному току; С1, С2 – разделительные конденсаторы.
1. Определим координаты рабочей точки транзистора U0 = UКЭ и I0 = IК. Для этого запишем систему уравнений, связывающих токи и напряжения транзистора в рабочей точке:
E=R_ф (I_0+I_Б )+R_К I_0+U_0
E=R_ф (I_0+I_Б )+R_Б I_Б+U_ЭБ
I_0=βI_Б
Полагая β = 100 и UЭБ = 0,7 В, определяем:
а) ток базы в рабочей точке
I_Б=(E-U_ЭБ)/(R_Б+R_ф*(1+β) )=(20-0.7)/(500*〖10〗^3+1*〖10〗^3*(1+100) )=32.113 мкА
б) ток коллектора в рабочей точке
I_0=βI_Б=100*32.113=3.211 мА
в) напряжение между коллектором и эмиттером VT1
U_0=E-R_ф (I_0+I_Б )-R_К I_0=
=20-1*〖10〗^3 (3.211*〖10〗^(-3)+32.113*〖10〗^(-6) )-2*〖10〗^3*3.211*〖10〗^(-3)=10.335 В
Сопротивление выходной цепи постоянному току
R_=≈R_К+R_ф=3 кОм
Нагрузочная прямая постоянного тока проходит через точку Е =15 В на оси абсцисс и точку Iк= Е/R= = 20/3 = 6,67 мА на оси ординат. Отмечаем на характеристиках транзистора положение рабочей точки А.
Сопротивление выходной цепи переменному току
R_~=R_К∥R_н=(2*〖10〗^3*20*〖10〗^3)/(2*〖10〗^3+20*〖10〗^3 )=1.818 кОм
Через рабочую точку А и точку UКЭ =U0 + R~ I0 = 16,173 В на оси абсцисс проводим нагрузочную прямую переменного тока.
2. Температурная нестабильность коллекторного тока
〖∆I〗_К=S_T (〖∆I〗_T-(α〖∆U〗_T)/(R_Б+R_Ф ))=83.5*(48.165*〖10〗^(-6)+(0.99*0.06)/(500*〖10〗^3+1*〖10〗^3 ))=4031 мкА
Где
S_T=1/(1-(α*R_Б)/(R_Б+R_Ф ))=1/(1-(0.99*500*〖10〗^3)/(500*〖10〗^3+1*〖10〗^3 ))=83.500 – коэффициент температурной нестабильности каскада;
〖∆I〗_T=I_0*Δα=3.211*〖10〗^(-3)*(50-20)*5*〖10〗^(-4)=48.165 мкА – температурное смещение выходных характеристик транзистора;
〖∆U〗_T=-2*30*〖10〗^(-3)=-60 мВ – температурное смещение входных характеристик транзистора.
Вывод. Схема неработоспособна в заданном диапазоне температур. Транзистор с ростом температуры заходит в режим насыщения и перестает усиливать сигналы.
3. При построении эквивалентной схемы для средних частот закорачиваем E, C1, C2, Cф, а транзистор заменяем его эквивалентной схемой (рис.4).