| 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:
1. Параметры остальных элементов схемы;
2. Напряжение на этих элементах и протекающие через них токи;
3. Коэффициент усиления по напряжению в области средних частот.
4. 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;
PК
max
= 0,030 Вт.
Общие данные: IК0
= 1 мА; UКЭ0
= 5 В; RН
= Rвх
.
Решение
1. Падение напряжения на резисторе в состоянии покоя
UК0
= IК0
RК
= 1*10-3
*3,0*103
= 3 В.
2. Ток базы в состоянии покоя
IБ0
= IК0
/ h21Э
= 10-3
/50 = 0,02*10-3
А = 0,02 мА.
3. Ток делителя напряжения
IД
= 7*0,02 = 0,14 мА.
Ток делителя принимается равным (5…10) IБ0
.
4. Напряжение питания усилителя
ЕК
= UКЭ0
+ UК0
+ UЭ0
( по второму закону Кирхгофа).
ЕК
= 5 + 3 + 2,2 + 10,8 В.
5. 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.
6. Падение напряжения на резисторе R1
U1
= ЕК
- U2
= 10,8 – 2,4 = 8,4 В.
7. Сопротивление R2
R2
= U2
/IД
= 2,4/0,14*10-3
= 17,14*103
Ом = 17,14 кОм.
Принимаем номинальное сопротивление резистора 18 кОм.
8. 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.
9. 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.
10. Сопротивление нагрузки усилителя Rн
по условию задачи принимаем равным входному сопротивлению, поскольку нагрузкой усилительного каскада служит другой такой же каскад
Rн
= Rвх
= 293 Ом.
11. 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.
12. 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.
13. 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.
14. Емкость разделительного конденсатора на выходе усилителя С2
С2
= С1
= 15 мкФ.
15. Коэффициент усиления по напряжению
КU
= h21Э
Rкн
/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.
16. Мощность, рассеиваемая на коллекторе
РК
= UКЭ0
IК0
= 5*10-3
= 0,005 Вт.
По условию РК
max
= 0.03 Вт.
Таким образом, РК
< РК
max
.
Ответы:
R1
= 56 кОм; R2
= 18 кОм; RЭ
= 2,2 кОм; Rн
= 293 Ом;
С2
= С1
= 15 мкФ; СЭ
= 13 мкФ; КU
= 44.
Примечания.
1. 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.
2. 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.
1. Лачин В.И., Савелов Н.С. Электроника: Учебн. пособие. –Ростов н/Д: изд-во «Феникс», 2002 г. -576с.
2. Прянишников В.А. Электроника: Полный курс лекций. –СПб.: КОРОНА принт, 2004. -416 с.
3. 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
|