Полезное:
Как сделать разговор полезным и приятным
Как сделать объемную звезду своими руками
Как сделать то, что делать не хочется?
Как сделать погремушку
Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами
Как сделать идею коммерческой
Как сделать хорошую растяжку ног?
Как сделать наш разум здоровым?
Как сделать, чтобы люди обманывали меньше
Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили?
Как сделать лучше себе и другим людям
Как сделать свидание интересным?
Категории:
АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника
Методика решения задач и примеры расчета
|
|
Пример 1. При расчете усилителя (рисунок 1) целесообразно придерживаться следующей последовательности:
1 Вначале необходимо убедиться, что заданный транзистор удовлетворяет нормальному режиму его работы в схеме усилителя. Условия нормального режима работы транзистора – максимально допустимое постоянное напряжение коллектор-эмиттер должно быть больше напряжения источника питания, т.е.:
U кэ > Eк;
I к – максимально допустимый постоянный ток коллектора должен превышать входной ток следующего каскада не менее чем
в 1,5...2 раза, т.е.:
Iк > (1,5…2) · Iвх..
Если в условии задачи задана не только низкая рабочая
частота F min, но и верхняя – Fmax (т.е. задан рабочий диапазон частот), необходимо транзистор проверить по его предельной частоте коэффициента передачи тока F max21Б. Предельную частоту коэффициента передачи тока желательно иметь
Fmax21Б >3Fmax · F21Б .
2 Определяем величину постоянного тока коллектора
в рабочей точке (ток покоя), который при наличии стабилизации должен быть:
I к0 = (1,3...1,7) · I вх..
Если ток окажется менее 1мА, то его следует увеличить
до I к0 = 1мА, так как при I к0 < 1 мА резко уменьшается h21э.
3 Находим сопротивление нагрузки в цепи коллектора
Найденное сопротивление приводим к номинальному значению (см. приложение). Для выбора резистора определяем мощность Р, рассеиваемую на резисторе:
Р = Iк0· Rк.
В радиоэлектронной аппаратуре наибольшее распространение получили непроволочные резисторы на номинальные мощности: 0,125; 0,25; 0,5; 1 Вт. Резистор выбирается так, чтобы его номинальная мощность была на 20 – 30 % больше полученной из расчета.
4 Найденное сопротивление приводится к номинальному значению и выбирается резистор по номинальной мощности.
5 Вычисляется значение емкости блокировочного конденсатора в цепи эмиттера. Приближенно она равна (в мкФ)
Найденную емкость приводим к номинальному значению
(см. приложение, таблица 1).
Берем электролитический конденсатор емкостью не менее найденного значения с рабочим напряжением не ниже падения напряжения на R э.
При выборе конденсатора следует иметь в виду, что применяемые в радиоаппаратуре устаревшие конденсаторы КЭ, ЭМ, ЭГЦ и КЭГ, в новых разработках радиоэлектронной аппаратуры использовать не рекомендуется. Они заменены новыми конденсаторами, к которым относятся конденсаторы типов
К50-3 (А, Б), К50-6, К50-7, К50-9, К50-12, К50-15, К50-16 и ряд других. Некоторые типы конденсаторов указаны в приложении (таблица 6).
6 Находим постоянное напряжение коллектор-эмиттер
в рабочей точке (напряжение покоя)
Кэ0 ≈ Ек - Iк0 ·Fк - Iк0 ·Rэ .
7 В семействе выходных статических характеристик заданного транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером, отмечаем положение рабочей точки с координатами Iк0 и Uкэ0 (рисунок 11).
8 По положению рабочей точки в семействе выходных характеристик определяем соответствующий ей постоянный ток
(ток покоя) базы Iб0.
9 По полученному значению тока базы определяем положение рабочей точки в семействе входных статических характеристик заданного транзистора, включенного по схеме
с общим эмиттером (точка «0» на рисунке 11).
10 Определяем постоянное напряжение (напряжение покоя) эмиттер, база U бз0 по оси абсцисс входной характеристики в точке пересечения оси напряжений с перпендикуляром, опущенным
из рабочей точки.
11 Находим входное сопротивление Rвx переменному току транзистора рассчитываемого каскада, для чего проводится дополнительно на семействе входных характеристик касательная
к рабочей точке до ее пересечения с осью абсцисс (см. рисунок 11).
Входное сопротивление равно отношению
.
12 Определяем элементы делителя напряжения в цепи
базы R1 и R2:
ü принимаем падение напряжения на сопротивлении фильтра
ΔUф = (0,1…0,2) · Eк ;
ü находим напряжение, подводимое к делителю:
Uд = Eк – ΔUф;
ü выбираем ток в цепи делителя из условия
Iд = (2…5) · IБ0 ;
ü определим значение сопротивлений делителя в цепи базы:
где Δ Uэ – падение напряжения на сопротивлении Rэ.
Определяется типономинал резисторов R1 и R2, как указано в п. 3. Величина сопротивления R 2 должна быть в 5...10 раз больше входного сопротивления Rвx. Поэтому после нахождения R2 необходимо убедиться, чтобы было выполнено условие R2 > (5…10) ·Rвx.
13 Рассчитываем элементы фильтра:
ü сопротивление фильтра находим из выражения
Определяется типономинал резистора, как указано в п. 3.
ü емкость конденсатора находим по формуле
Найденную емкость приводим к номинальному значению
и выбираем электролитический конденсатор с емкостью не менее найденного значения и рабочим напряжением не менее (1,2…1,3) · Ек . При выборе типа конденсатора руководствоваться указаниями, приведенными в п. 5.
14 Определяем амплитудное значение тока на входе каскада
.
При этом коэффициент усиления по току будет K 1 ≈ 0,8 · h 21э.
15 Находим коэффициент усиления каскада по напряжению
где 
– эквивалентное выходное сопротивление рассчитываемого каскада (сопротивление нагрузки выходной цепи для переменного тока), определяемое из эквивалентной схемы усилителя и равное:
;
– входное сопротивление транзистора следующего каскада. Это сопротивление определяется для заданного в условии значения тока покоя базы следующего каскада (I Б0 сл) по входным характеристикам так же, как в п. 11 для рассчитываемого каскада; R 2сл – сопротивление делителя следующего каскада. Оно находится из условия
R 2сл = (5…10) · R вх. сл .
16 Вычисляем коэффициент усиления каскада по мощности
Kp ≈ h21э · KU.
17 Определяем емкость разделительного конденсатора, связывающего рассчитываемый каскад с последующим,
по формуле (в мкФ):
.
Найденную емкость приводим к номинальному значению
и выбираем электролитический конденсатор с емкостью не менее найденного и рабочим напряжением не ниже 1,2 Ек. При выборе типа конденсатора руководствоваться указаниями, приведенными в п. 5.
Пример 2. Рассчитать транзисторный однотактный усилитель мощности (рисунок 2), который работает на сопротивление нагрузки
Rн = 5 Ом и развивает мощность Рвых = 20 мВт. Напряжение источника питания Ек = 4,5 В.
Решение.
1 Находим мощность, рассеивающуюся на коллекторе транзистора, работающего в данном каскаде:
где 
= 0,8 – КПД трансформатора, обычно равный 0,8 - 0,95;
Р вых – требуемая величина мощности, отдаваемая в сопротивление нагрузки; 
– КПД транзистора при работе его в режиме А для схем:
ü с общим эмиттером (ОЭ) 
= 0,3 - 0,4;
ü с общей базой (ОБ) 
=35 -0,45.
К ≈ 1,1...1,15 – коэффициент, учитывающий потребление мощности цепью обратной связи. При отсутствии цепи ОС К =1. Выбираем транзистор МП 39, для которого Р кт = 150 мВт и U кэ0 = 15В.
2 Допустимая величина напряжения источника питания
.
Условие Е к < Е доп выполняется с большим запасом.
3 По семейству выходных статических характеристик транзистора типа МП 39 (рисунок 11) определяем U min = 0,5 B.
Чтобы предотвратить возникновение нелинейных искажений, обусловленных изломом выходных характеристик транзистора
при малом напряжении на коллекторе, оно не должно падать
ниже U min = 0,5...2 В.
4 Падение напряжения на первичной обмотке выходного трансформатора
.
5 Находим максимально допустимую амплитуду напряжения на сопротивлении нагрузки в цепи коллектора, т.е. на зажимах первичной обмотки трансформатора:
Uкт = E – ΔF – Umin = 4,5 – 0,4 – 0,5 = 3,6 В.
6 Определяем амплитуду I кт переменной составляющей тока в цепи коллектора, необходимую для получения в нагрузке заданной мощности:
7 Выбираем ток покоя I А коллектора несколько большим, чем амплитуда переменной составляющей коллекторного тока:
I А = (1,05…1,1) · I кт= 1,1 · 14= 16 мА.
Это связано с возможностью изменения тока коллектора, обусловленной разбросом параметров транзистора и изменением окружающей температуры.
8 Мощность, рассеиваемая на коллекторном переходе при отсутствии усиливаемого напряжения на входе каскада:
PА=UА · IА =4,1 · 16 = 66 мВт,
где UA= Ек-ΔЕ = 4,5 - 0,4 = 4,1 В.
9 Чтобы при амплитуде переменной составляющей тока
в цепи коллектора, равной Iкт, на сопротивлении нагрузки
в коллекторной цепи возникала переменная составляющая напряжения Uкт, сопротивление нагрузки в цепи коллектора должно быть равным величине:
10 Нагрузкой каскада на средних частотах рабочего диапазона является входное сопротивление нагрузки в цепи коллектора.
При коэффициенте трансформации
,
где R – сопротивление нагрузки трансформатора.
11 Фактический КПД всего каскада составляет
.
12 Для дальнейшего расчета каскада строим линию нагрузки на семействе выходных статических характеристик (рисунок 11).
Для построения определяем величину
13 Наносим на оси токов точки Iк = IA + Iк = 16 + 14 = 30 мА, точку Iк2 = IA – Iкт = 16 - 14 = 2 мА. Точки А, I, 2 и линия нагрузки показаны на рисунке 12.
14 Определим, каким токам базы (I Б1 и I Б2) соответствуют статические выходные характеристики, пересекающиеся с прямой нагрузочной в точке 1 и 2. Если одна из этих точек или обе
попали в промежуток между характеристиками, то следует прибегнуть к интерполяции:
UБ1 = 1,5 мА, IБА= 0,66 мА, IБ2 = 0,05 мА.
15 Определим амплитуду входного тока транзистора
.
16 Используя входные статические характеристики транзистора МП39 (рисунок 11), находим:
UБ1 = 310 мВ, UБA = 250 мВ, UБ2 = 130 мВ.
17 Рассматривая разности I Б1 – I Б2 и U Б1 – U Б2, как удвоенное значение амплитуды входного тока I 1 и входного напряжения U 1, определяем величину входной мощности, необходимой для возбуждения каскада:
18 «Среднее» входное сопротивление транзистора
.
Пример 3. Рассчитать стабилизатор напряжения последовательного типа по следующим данным: выходное напряжение U вых = 12 В; ток нагрузки I н = 0,15 А; коэффициент стабилизации К ст ≥ 50; изменение входного напряжения Δ U в = ± 10%; коэффициент пульсации
на входе S = 0,1. Относительное увеличение питающего напряжения
а = 0,1; относительное уменьшение b = 0,2 (рисунок 3).
1 Выбираем транзистор регулирующего каскада типа
КТ801Б со следующими параметрами: β1 = 20…100; I к1 = 5А; напряжение насыщения U нас = 2В; максимальное напряжение коллектор-эмиттер U кэ = 60 В; максимально допустимая рассеиваемая мощность P т=5 Bт.
2 Вычисляем базовый ток регулирующего транзистора
.
Базовый ток 7,5 мА достаточно большой, поэтому выбираем схему составного транзистора. Выбираем второй транзистор типа КТ203Б, имеющий следующие данные: β2 = 30...100; I к2 max = 10 мА; напряжение насыщения U нac = 1 B; максимальное r вх = 300 Ом; допустимая рассеиваемая мощность Р max = 0,15 Вт.
3 Базовый ток составных транзисторов
.
4 Среднее значение минимального входного напряжения
.
5 Среднее значение номинального входного напряжения
.
6 Среднее значение максимального входного напряжения
U 0 вх max = U 0 вх ном · (1 + а) = 17,6 · (1 + 0,1) = 19,4 В.
7 Определяем максимальное входное напряжение
U вх max = U 0 вх ном · (1 + S) = 19,4 · (1 + 0,1) = 21,3 В.
8 Максимальная рассеиваемая мощность регулирующих транзисторов (рисунок 3):
P max = 1,1 · (U о вх max – U вых) · I т = 1,1 · (19,4 – 12) · 0,15 = 1,22 Вт;
.
9 Определяем сопротивление резистора
.
Выбираем стандартное значение R 1=3 кОм.
10 Определяем минимальный коллекторный ток транзистора Т3
.
11 Находим максимальный ток коллектора транзистора Т3
.
12 Выбираем напряжение коллектор-эмиттер транзистора
Тэ – Uкэ = 4 В. Тогда рассеиваемая мощность Тэ
Pкэ = Uкэ · Iкэ max = 4 · 2,22 · 103 = 8,9 · 103 Вт.
Из технологических соображений унификации выбираем транзисторы Т3 и Т2 одного типа, т.е. КТ203Б.
13 Выбираем опорное напряжение стабилитрона
U ст = U вых – U кэ = 12 – 4 = 8 В.
Выбираем стабилитрон Д814А с рабочим напряжением
U ст = 7 - 8, 5 В; с динамическим сопротивлением r д=6 Ом при I ст=5 мА.
14 Определяем сопротивление резистора R 2
.
Выбираем стандартное значение R 2 = 1 кОм.
15 Вычисляем сопротивление входного делителя напряжения при выбранном токе I дел = 6 мА
.
Выбираем следующие стандартные значения: R 4 = 910 Ом,
R 5 = 470 Ом, R 3 = 620 Ом.
16 Находим коэффициент передачи входного делителя
.
17 Входное сопротивление транзистора Т3
r вх3 = r вх2 + β2 · r б = 300 + 30,6 = 480 Ом.
18 Определяем коэффициент усиления
.
19 Рассчитываем коэффициент стабилизации
Это значение удовлетворяет заданному, т. к. получено при комбинации наиболее неблагоприятных факторов. Все транзисторы имеют наиболее низкие возможные значения статического коэффициента усиления, и стабилитрон работает на наиболее низком из возможных напряжений.
20 Емкость конденсатора С вых выбираем ориентировочно
.
Пример 4. Просуммировать три шестнадцатиразрядных двоичных числа (заданы в таблице 15).
Выбираем числа:
А = 1110000011000110;
В = 1110000001111010;
С = 1011010001100001.
1 Все безразличные состояния заменяются единичными:
А = 1110001111000111;
В = 1111001101111010;
С = 1011110001101101.
2 Складываются два первых числа А и В, для чего
их поразрядно записывают друг под другом и поразрядно складывают с учетом переносов из предыдущих разрядов:
Р 1 = 1100011111111110;
А = 1110001111000111;
В = 1111001101111010;
S = 1111011101000011.
3 Складывают полученную сумму S 1 и третье число В,
для чего их поразрядно складывают с учетом переносов из предыдущих разрядов:
Р 1 =1111110001000001;
S 1= 11101011101000001;
С = 10111100011011101;
S = 101001001110101110.
Полученная сумма S и является искомым числом.
| -E к |
для решения задач
| VT |
| + E к |
| R Б2 |
| R э |
| С э |
| R вх2 |
| С р2 |
| R |
| R к |
| С р1 |
| С |
| R Б1 |
| U вх |
| -Е к |
| Т |
| VT |
| С э |
| R э |
| R 2 |
| R н |
| С |
| R 1 |
| + Е к |
Рисунок 2
| + |
| R 3 |
| R 5 |
| R 4 |
| VT 3 |
| VD |
| VT 2 |
| R 2 |
| + |
| - |
| +U вых |
| U вх |
| R 1 |
| VT 1 |
Рисунок 3
| - |
| + |
| R н |
| W 2-2 |
| W 2-1 |
| W 1-2 |
| W 1-1 |
| U вх |
| E к |
| VT 2 |
| VT 1 |
Рисунок 4
| - + |
| U вых |
| R 4 |
| U вх3 |
| R 3 |
| R 2 |
| R 1 |
| U вх2 |
| U вх1 |
Рисунок 5
| U вх3 |
| U вх2 |
| U вх1 |
| - + |
| U вых |
| R 3 |
| R 2 |
| R 4 |
| R 1 |
Рисунок 6
| C |
| R |
| U |
| R 2 |
| R 1 |
| - + |
Рисунок 7
| Y 2 |
| f |
| d |
| c |
| Y 1 |
| e |
| b |
| a |
| & |
| & |
| & |
| & |
| X 7 |
| X 6 |
| X 5 |
| X 4 |
| X 3 |
| X 2 |
| X 1 |
| X 0 |
Рисунок 8
| I 0 |
| R н |
| U 0 |
| U 1 |
| U 2 |
| VD 1… VD 4 |
| C |
| I 0 |
Рисунок 9
| U, i |
| U |
| ω t |
| ω t |
| I 0 |
| U обр max |
| U 0 |
| i 0 |
| U 0 |
| U 2 |
| ω t |
Рисунок 10
| I к, мА |
| В′ |
| А′ |
| А |
| U кэ1 |
| U А |
| I к1 |
| I А |
| I Б = 200мкА |
| I Б = 229мкА |
| U кэ, В |
| -12 |
| -10 |
| -8 |
| -6 |
| -4 |
| -2 |
| 1,5 В |
| 5 В |
| U кэ= 0 |
| I Б, мА |
| U ′эБ0 =0,26В |
| U БА |
| U Бэ |
| 0,3 |
| Δ U эБ |
| U эБ, В |
| 0,1 |
| I Бэ |
| I Б0 |
| 0,2 |
| I БА |
| I Б1 |
Рисунок 11
| U к |
| i кБ2 |
| i км2 |
| i к |
| i Б max2 |
| i Б =I Б2 |
Рисунок 12
| U кэ0 |
| I Бп = 0,2 мА |
| I Б = 0,4 |
| 1,2 |
| I к, мкА |
| МП40 |
| -4 |
| -8 |
| -12 |
| -14 |
| U кэ min |
| U кэ |
| 0,8 |
Рисунок 13
| U ко, В |
| I к, мА |
| U Б, В |
| I Б, мА |
| U кэ = -5В |
| П |
| I Б = 100 мкА |
| U кэ = 0 |
| -20 |
| -30 |
| -10 |
| -0,2 |
| -0,1 |
| 0,5 |
| 1,0 |
| 1,5 |
| 2,0 |
Рисунок 14
| U Бэ, В |
| I Б, мА |
| МП39 – МП41А |
| U кэ = 0 |
| 0,3 |
| 0,2 |
| 0,1 |
| 5В |
Рисунок 15
| U кэ, В |
| I к, мА |
| I Б = 400мкА |
| МП39 |
Рисунок 16
| U кэ, В |
| I к, мА |
| I Б = 200мкА |
| (МП39,МП40,МП41) |
Рисунок 17
| I Б = 100мкА |
| МП41А |
| U кэ, В |
| I к, мА |
Рисунок 18
| U Бэ, мВ |
| I Б, мкА |
| U кэ = 0 |
| 5В |
| ГТ10В (А-Г) |
Рисунок 19
| U кэ, В |
| I к, мА |
| I Б = 100мкА |
Рисунок 20
| 0,8 |
| 0,4 |
| 0,2 |
| 0,6 |
| 1,0 |
| 1,4 |
| МП114 МП115 МП116 |
| I Б, мА |
| U кэ = 0 |
| U кэ = 4,5 В |
| U кэ, В |
Рисунок 21
| U кэ, В |
| I к, мА |
| 0,3 (0,1) |
| 0,6 (0,2) |
| 0,9 (0,3) |
| 1,2 (0,4) |
| 1,5 (0,5) |
| 1,8 (0,6) |
Рисунок 22
Date: 2015-06-11; view: 935; Нарушение авторских прав