Контрольная работа: Функциональные устройства телекоммуникаций
Название: Функциональные устройства телекоммуникаций Раздел: Рефераты по коммуникации и связи Тип: контрольная работа | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Контрольное задание №1 Исходные данные (Вариант №4):
Изобразим полную принципиальную схему предварительного каскада элементами связи с источником сигнала и последующим каскадом. Выберем тип транзистора исходя из заданного режима его работы и частоты верхнего среза усилителя fВ Еп=9В; I0K =12 мА; fВ =10кГц Возьмем низкочастотный транзистор малой мощности. Например ГТ108А [3]. Это германиевый сплавной транзистор p-n-p типа. Выпишем его основные параметры из справочника [3]:
Рассчитаем параметры малосигнальной модели биполярного транзистора [1]. Среднее значение коэффициента передачи тока равно: (1.1) h 21Э =33,2. Выходная проводимость определяется как (1.2) h 22Э =1,2*10-4 См. Здесь UA — напряжение Эрли, равное 70... 150 В у транзисторов типа р-n-р. Объемное сопротивление области базы rБ можно определить из постоянного времени τК коллекторного перехода: (1.3) rБ =100 Ом Дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода определяется по формуле: (1.4) r Б’Э =74 Ом где =2,2 Ом дифференциальное сопротивление эмиттера; 0,026 В — температурный потенциал при Т= 300 К; m=1 — поправочный коэффициент, принимаемый примерно равным 1 для германиевых транзисторов. Входное сопротивление транзистора: (1.5) h 11Э =174 Ом Емкость эмиттерного перехода равна: (1.6) СБ’Э =4,3 нФ Проводимость прямой передачи: (1.7) Y21Э =0,191 См Рассчитаем параметры эквивалентной схемы биполярного транзистора по дрейфу [1]. Минимальная температура перехода транзистора (1.8) где PK — мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора; (1.9) PK =48 мВт, RПС =0,5 °С/мВт, tПmin = 14,4°С. Максимальная рабочая температура перехода: tПmax = tСmax + RПС PK (1.10) tПmax =49,4°С Значение параметра h/ 21Э транзистора при минимальной температуре перехода: (1.11) h/ 21Э =26,4. Значение параметра h// 21Э транзистора при максимальной рабочей температуре перехода: (1.12) h// 21Э =52,3. Изменение параметра Δh21Э в диапазоне температур: (1.13) Δh21Э =26 Изменение обратного тока коллектора в диапазоне температур: (1.14) ΔIКБ0 =81 мкА, где α — коэффициент, принимаемый для германиевых транзисторов в интервале 0,03— 0,035 Эквивалентное изменение тока в цепи базы в диапазоне температур: (1.15) ΔI0 =0,4 мА Эквивалентное изменение напряжения в цепи базы, вызванное изменением температуры окружающей среды: (1.16) ΔU0 =0,12В Рассчитаем элементы эммитерной стабилизации тока покоя транзистора: Зададимся падением напряжением на сопротивлении RЭ в цепи эмиттера транзистора равным URЭ =0,2Eп=1,8В (1.17) Определим сопротивление этого резистора: (1.18) RЭ =150 Ом а также сопротивление резистора в цепи коллектора: (1.19) RК =267 Ом Округлим их значения до ближайших стандартных, они будут равны соответственно 150 Ом и 270 Ом Зададимся допустимым изменением тока коллектора в диапазоне температур из условия (1.20) ΔI0К =0,5I0K =6 мА При этом необходимо учитывать, что меньшее значение изменения этого тока приводит к увеличению тока, потребляемого резистивным делителем в цепи базы, к снижению входного сопротивления и ухудшению КПД каскада. Исходя из требуемой стабилизации тока покоя каскада, определяют эквивалентное сопротивление в цепи базы транзистора: (1.21) RБ =4,2 кОм (стандартная величина – 4,3 кОм) Рассчитаем ток базы в рабочей точке: (1.22) IОБ =0,36 мА Пусть U0БЭ =0,3 В Напряжение на нижнем плече резистивного делителя в цепи базы: (1.23) URБ2 =2,1 В Сопротивление верхнего плеча резистивного делителя в цепи базы: (1.24) RБ1 =10 кОм (стандартная величина – 10 кОм) Сопротивление нижнего плеча делителя в цепи базы: (1.25) RБ2 =4,2 кОм (стандартная величина – 4,3 кОм) Входные сопротивления рассчитываемого RВХ и последующего RВХ2 = RН каскадов: (1.26) RВХ1 =167 Ом Выходное сопротивление каскада: (1.27) RВЫХ =260 Ом Определим емкости разделительных (СР1 и СР2 ) и блокировочного (СЭ )конденсаторов. Эти конденсаторы вносят частотные искажения в области нижних частот примерно в равной степени. В связи с этим заданные на каскад частотные искажения МН (дБ) в децибелах целесообразно распределить поровну между данными элементами: МНСР1 =МНСР2 =МНСЭ = 0,33 дБ Емкость первого разделительного конденсатора: (1.28) СР1 =6,1 мкФ (стандартная величина – 6,2 мкФ) Емкость второго разделительного конденсатора: (1.29) СР2 =11 мкФ (стандартная величина – 10 мкФ) Емкость блокировочного конденсатора в цепи эмиттера: (1.30) где (1.31) М0 =7,7; СЭ =238 мкФ (стандартная величина – 240 мкФ); Сопротивление нагрузки каскада по переменному току: (1.32) =103 Ом Коэффициент передачи каскада по напряжению: (1.33) КU =20 Сквозной коэффициент передачи по напряжению: (1.34) КЕ =4,2 Выходное напряжение каскада: (1.35) UВЫХ =213 мВ Коэффициент передачи тока: (1.36) Ki =20 Коэффициент передачи мощности: (1.37) KP =383 Верхняя граничная частота каскада определяется по формуле: (1.38) где — эквивалентная постоянная времени каскада в области верхних частот. Постоянную времени можно определить из выражения (1.39) где и — постоянные времени входной и выходной цепей соответственно. Эти постоянные времени определяются по формулам (1.40) (1.41) где С0 — эквивалентная входная емкость каскада, Сн — емкость нагрузки. Эквивалентная входная емкость каскада включает емкость перехода база — эмиттер и пересчитанную на вход емкость перехода база — коллектор Ск : (1.42) С0 =5,3 нФ; =0,7 мкс; =0,5 мкс; = 0,9 мкс. fВ =180 кГц. Определим частотные искажения в области верхних частот (1.40) МВ =0,013 и сравним их с заданным значением М. Т.к. условие выполняется, т.е. МВ (дБ)<М(дБ), следовательно расчет произведен верно. Контрольное задание №2 тип схемы: 7; тип транзистора: p-n-p - КТ363Б Выпишем основные параметры заданных транзисторов:
Eг=1мВ; fc=10кГц; Rг=1кОм; Rн=1кОм; Сн=100пФ; Ср2=10мкФ. Принципиальная схема анализируемого каскада с подключенными к ней источником сигнала и нагрузкой имеет вид: Рассчитаем режим работы транзисторов по постоянному току, пусть Еп=10 В. Расчет схемы по постоянному току проводится в следующем порядке. Рассчитаем ток делителя в базовых цепях транзисторов: (2.1) Определить потенциалы баз транзисторов: (2.2) (2.3) Найдем потенциалы эмиттеров транзисторов: (2.5) (2.6) Напряжение U0БЭ выбирается в интервале 0.5...0,7 В для кремниевых транзисторов, выберем U0БЭ =0,5В. Рассчитаем ток в резисторе, подключенном к эмиттеру первого транзистора: (2.7) Рассчитаем ток коллектора в рабочей точке, для этого найдем сначала найдем среднее значение коэффициента передачи тока: (2.8) h21Э =69, тогда: (2.9) (2.10) Определим напряжение на коллекторе в рабочей точке: (2.11) (2.12) По результатам расчета статического режима определяются параметры моделей первого и второго транзисторов: Выходная проводимость определяется как (2.13) h22 1=1,3*10-5 См, h22 2=1,2*10-5 См. Здесь UA — напряжение Эрли, равное 100... 200 В у транзисторов типа n-р-n. Примем UA =100В. Предельная частота усиления транзистора по току определяется по единичной частоте усиления fТ : (2.14) Граничная частота fТ находится по формуле: (2.15) fТ1,2 =1,5 ГГц; =22 МГц. Объемное сопротивление области базы rБ можно определить из постоянной времени τК коллекторного перехода транзистора, приводимой в справочниках: (2.16) rБ1,2 =2,5 Ом. Дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода определяется по формуле: (2.17) rБ’Э1 =2,2 кОм, rБ’Э2 =2,2 кОм. где дифференциальное сопротивление эмиттера; 0,026 мВ — температурный потенциал при Т= 300 К; m — поправочный коэффициент, принимаемый примерно равным 1.5 для кремниевых транзисторов. rЭ1 =31 Ом, rЭ2 =31 Ом. Емкость эмиттерного перехода равна: (2.18) СБ’Э1 =3,4 пФ; СБ’Э2 =3,3 пФ Определим коэффициент передачи по напряжению, входное и выходное сопротивление оконечного каскада, построенного по схеме с ОЭ. Входное сопротивление транзистора VT2: h11 2=rБ2 +rБ ’ Э2 =2,2 кОм (2.19) Входное сопротивление каскада: (2.20) Выходное сопротивление каскада: (2.21) Сопротивление нагрузки каскадапо переменному току: (2.22) Коэффициент передачи каскада по напряжению: (2.23) KU2 =16 Определим коэффициент передачи по напряжению, сквозной коэффициент передачи по напряжению, входное и выходное сопротивления входного каскада. При этом необходимо учитывать, что нагрузкой входного каскада является входное сопротивление оконечного каскада. Входной каскад построен по схеме с ОЭ. Входное сопротивление транзистора VT2: h11 1=rБ1 +rБ ’ Э1 =2,2 кОм (2.24) Входное сопротивление каскада: (2.25) Выходное сопротивление каскада: (2.26) (2.27) Сопротивление нагрузки каскадапо переменному току: (2.28) Коэффициент передачи каскада по напряжению: (2.29) KU1 =32 Сквозной коэффициент передачи по напряжению: (2.30) Коэффициент передачи по напряжению всего усилителя определяется по формуле KU = KU1 * KU2 =500 (2.31) Сквозной коэффициент передачи по напряжению KE всего усилителя определяется аналогично: KЕ = KЕ1 * KU2 =310 (2.32) Входное сопротивление усилителя определяется входным сопротивлением входного каскада, а выходное – выходным сопротивлением оконечного каскада. Постоянные времени в области нижних частот, связанные с разделительными конденсаторами Ср1, Ср2, определяются по формулам: τН1 =Ср1*(Rг+ RВХ1 )=13 мс (2.33) τН2 =Ср2*(RВЫХ2 + Rн)=20 мс (2.34) Постоянная времени в области нижних частот, связанная с блокировочным конденсатором Сэ, определяется по формуле: τН3 =СэRэ=30 мс (2.35) Эквивалентная постоянная времени в области нижних частот равна (2.36) где τНi , τНj - эквивалентные постоянные времени каскада в области нижних частот связанные с i-м разделительным и j-м блокировочным и конденсаторами соответственно. τН =10 мс Нижняя частота среза определяется по формуле: (2.37) В усилителе имеются три постоянных времени в области верхних частот, связанные с входными цепями входного и оконечного транзисторов и емкостью нагрузки: τВi =Сi*Ri, (2.38) где Сi – емкость i-го узла относительно общего провода, Ri – эквивалентное сопротивление i-го узла относительно общего провода. Входная емкость транзистора в схеме с общим эмиттером равна: (2.39) (2.40) С01 = 70 пФ, С02 =37 пФ. n (2.41) (2.42) (2.43) Эквивалентная постоянная времени в области верхних частот равна (2.44) τВ =75 нс Верхняя частота среза определяется по формуле: (2.45) fВ =2 МГц Литература 1. Войшвилло. Г. В. Усилительные устройства / Г. В. Войшвилло. — М. : Радио и связь, 1983. 2. Титце, У. Полупроводниковая схемотехника. / У. Титце, К. Шенк. — М. : Мир, 1982. 3. Галкин, В. И. Полупроводниковые приборы : справочник / В. И. Галкин, А. Л. Булычев, В. А. Прохоров. — 2-е изд. — Минск : Беларусь, 1987. |