Задачи по "Радиоэлектронике"

Задача 1

 По статическим характеристикам биполярного транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером, рассчитать параметры усилителя графоаналитическим методом. Для этого:

а) построить линию нагрузки;

б) построить на характеристиках  временные диаграммы токов и напряжений и выявить наличие или отсутствие искажений формы сигнала, определить величины амплитуд напряжений на коллекторе и базе, тока коллектора;

в) рассчитать для линейного (мало искажающего) режима коэффициенты усиления по току K_I , напряжению K_U и мощности K_P и входное сопротивление усилителя R_ВХ. Найти полезную мощность в нагрузке P_{~ ,} мощность , рассеиваемую в коллекторе P_K, потребляемую мощность Р_ПОТР и коэффициент полезного действия h.

 

Решение.

Дано: транзистор КТ605А, напряжение питания Е_К = 15 В, сопротивление нагрузки R_Н = 250 Ом, постоянный ток смещения в цепи базы I _Б0 = 625 мкА, амплитуда переменной составляющей тока базы  I _БМ= 375 мкА .

Выходные статические  характеристики транзистора с необходимыми построениями показаны на рисунке 1.1. Нагрузочная линия соответствует графику уравнения . На семействе выходных характеристик ордината этой прямой при U_КЭ=0 соответствует точке I_К=E_К/R_Н. Абсцисса при I_К=0 соответствует точке U_КЭ=Е_К. Соединение этих координат и является построением нагрузочной линии.

В нашем случае координаты нагрузочной линии: I_К = 15/250 = 60 мА и U_КЭ = 15 В. Соединяя эти точки, получаем линию нагрузки.

Пересечение нагрузочной  линии с заданным значением тока базы I_Б0 определяет рабочую точку (РТ) транзисторного каскада, нагруженного на резистор. В нашем случае рабочий точка соответствует  пересечению нагрузочной прямой с характеристикой при I_Б= 625 мкА .

Рисунок 1.1

 

Координаты рабочей  точки дают значение рабочего режима выходной цепи U _КЭ0 и I _К0. Определяем параметры режима по постоянному току

I_К0=27,5 мА и  U_КЭ0=8,25 В.

На входных характеристиках (рисунок 1.2) рабочую точку определяем как точку пересечения ординаты, соответствующей току I_Б0=625 мкА, и характеристики при U_КЭ=10 В (РТ). Хотя в рабочей точке на выходных характеристиках U_КЭ0¹10 В, входные характеристики в активном режиме практически совпадают и можно воспользоваться характеристикой для

U_КЭ =10 В. Определяем: U_БЭ0= 0,76 В.

По заданному изменению синусоидального  тока базы с амплитудой I _БM, определяем графически амплитуды токов и напряжений на электродах транзистора. Строим временные диаграммы переменного тока  коллектора, напряжения коллектора и базы для случая синусоидального входного тока с амплитудой I_БМ = 225 мкА. Временные диаграммы строятся с учетом того, что напряжения на базе и коллекторе противофазные, и с соблюдением одинакового масштаба по оси времени. После построения временных диаграмм необходимо оценить, имеются ли заметные искажения в выходной цепи транзистора или нет.

Рисунок 1.2

 

Из временных диаграмм видно, что  под действием переменного входного тока рабочая точка на выходных характеристиках  двигается вдоль линии нагрузки. Если рабочая точка какую-либо часть  периода входного тока попадает в  область насыщения или отсечки сигнала, необходимо уменьшить амплитуду входного сигнала до величины, при которой рабочая точка не будет выходить за пределы активной области работы прибора.

Дальнейшие расчеты производятся только для активного режима работы прибора, называемого иногда линейным или неискажающим.

При нахождении из графиков величин  I_КМ , U_КМ , U_БМ следует обратить внимание, что амплитудные значения для положительных и отрицательных полуволн сигнала могут быть неодинаковыми, а значит усиление большого сигнала и в активном режиме сопровождается некоторыми искажениями.

Для дальнейших расчетов значения амплитуд определяется как средние за период.

По выходным статическим  характеристикам (рисунок 1.1) находим  положительные и отрицательные  амплитуды токов и напряжений км=16,25мА и км=16,25мА, а также км=4,5 В и км=3,85 В. Затем определяем среднее значение амплитуд

         мА    В

По входным характеристикам находим В и В.

B

Затем определяем

,      и  .

     Находим Ом

Определяем полезную мощность, мощность рассеиваемую на коллекторе и потребляемую мощность

 

мВт;  мВт; 

 мВт .

 

коэффициент полезного  действия каскада

.

 

 

 

 

 

 

 

 

Задача 2: Используя характеристики заданного биполярного транзистора определить h-параметры в рабочей точке, полученной в задаче 1.

 

Решение.

Находим h- параметры в рабочей точке, которая определена в задаче 1. Параметр h_11Э определяем следующим образом. На входных характеристиках (рисунок 2.1) задаемся приращением тока базы DI_Б= ±75=150 мкА относительно рабочей точки I_Б0=625 мкА.

                                             Рисунок 2.1

Соответствующее приращение напряжения база-эмиттер составит

DU_БЭ=0,02 В. Тогда входное сопротивление

Ом

По выходным характеристикам  находим параметры h_21Э и h_22Э. Определение параметра h_21Э показано на рисунке 2.2.

Задаемся приращением  тока базы относительно рабочей точки  также DI_Б= ±75=150 мкА и соответствующее приращение тока коллектора составляет DI_К= 12 мА. Коэффициент передачи тока базы составит

.

На рисунке 2.3 показано определение выходной проводимости h_22Э. Около рабочей точки задаемся приращением напряжения коллектор-эмиттер

 DU_КЭ=4 В. Соответствующее приращение тока коллектора составляет DI_К=1,4 мА и выходная проводимость равна

.

Параметр h_12Э по характеристикам обычно не определяется, так как входные характеристики для рабочего режима практически сливаются и определение параметра даёт очень большую погрешность.

 

Рисунок 2.2

 

 

Рисунок 2.3

 

 

Задача 3:  Используя h-параметры (задача 2), определить частотные параметры транзистора и построить зависимости относительного коэффициента передачи тока от частоты½Н₂₁½/ h₂₁=F(f) для различных схем включения транзисторов.

 

Решение.

Для данного транзистора  на частоте f =20 МГц модуль коэффициента передачи тока½Н_21Э½=2,75 и постоянная времени цепи коллектора t_К= 220 пс. Коэффициент передачи тока базы½Н_21Э½в зависимости от частоты определяется формулой:

  (1). Преобразуя её, получим: (2).

Если ½Н_21Э½<<h_21Э  (3),   то           (4). 

Поскольку условие (3) выполняется, то подставляя в полученную формулу (4) выше приведенные данные ½Н_21Э½,  f  и значение h_21Э=48, полученный в задаче 2, определяем предельную частоту для схемы с общим эмиттером :

 f_Н21Э » 1,15 МГц .

Предельная частота  для схемы с общей базой  определяется как 

f_Н21Б= f_Н21Э×( h_21Э+1) »56,36МГц.

Граничная частота f_ГР » f_Н21Э× h_21Э=55,2 МГц.

Максимальная частота  генерации определяется формулой

   (5), где h_21Б= h_21Э/( h_21Э+1)  (6).

Подставляя в выше приведенную формулу (5) полученные результаты h_21Б, f_Н21Б и справочное значение t_К получим f_МАКС = » 100 МГц.

Построить зависимости  и . Для этого проделать вычисления используя формулу (1), а для второго случая  формулу (7).

   

    (7).

Вычисления проводить до тех пор, пока коэффициенты передачи снизится более, чем в 10 раз. Результаты вычислений занести в таблицы 3.1 и 3.2.

 

 

Таблица 3.1.

f, МГц	0,5	1	2	5	10	20	50
½Н21Э½	44,03	36,2	24	10,8	5,5	2,75	1,1
	0,92	0,75	0,5	0,22	0,11	0,06	0,02

 

Таблица 3.2.

f, МГц	10	20	50	100	200	500	1000
½Н21Б½	0,969	0,923	0,73	0,48	0,27	0,11	0,055
	0,989	0,94	0,74	0,49	0,27	0,11	0,055

 

Строим графики, откладывая частоту в логарифмическом масштабе, а коэффициенты передачи тока в относительных единицах в линейном масштабе. (Рисунок 3.1).

Рисунок 3.1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   Задача 4: Исходные данные для задачи берем из таблицы П.1.2 приложения 1. По выходным характеристикам полевого транзистора (приложение 2) построить передаточную характеристику при указанном напряжении стока. Определить дифференциальные параметры полевого транзистора и построить их зависимость от напряжения на затворе.

 

Решение.

Пусть дан полевой транзистор типа КП903А, напряжение сток-исток

U_СИ0= 10 В, U_ЗИ0=8 В. Приводим выходные характеристики (приложение 2).  Для построения характеристики прямой передачи  определяем ток стока при U_ЗИ=0 В, 0,5 В и т.д. (рисунок 4.1). Результаты заносим в таблицу 4.1.

 

Таблица 4.1.

UЗИ, В	0	1	2	3	4	5	6	7
IC, А	0,412	0,316	0,24	0,163	0,11	0,056	0,3	0

По полученным результатам  строим характеристику прямой передачи (рисунок 4.2).

Определяем крутизну и строим её зависимость от напряжении на затворе. Для этого сначала  находим крутизну при напряжении на затворе U_ЗИ=0,25В.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 4.1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                  Рисунок 4.2

 

Определяем токи I¢_С=0,412 А и I²_С=0,316 А при напряжениях U¢_ЗИ=0 В и U²_ЗИ=1,0 В соответственно (рисунок 4.1). Затем вычисляем крутизну

96 мА/В.

Аналогично проделываем  эту операцию для U_ЗИ=0,5В; 1,5 В и т.д. Результаты вычислений заносим в таблицу 4.2 и строим график (рисунок 4.3).

 

Таблица 4.2.

UЗИ, В	0,5	1,5	2,5	3,5	4,5	5,5	6,5	8
S, мА/В	96	76	77	53	54	42	31	0

 

Для определения выходного сопротивления R_i задаемся приращением DU_СИ=±4 В относительно напряжения U_СИ=12 В (рисунок 4.4). Определяем приращение тока стока при напряжении на затворе 0 В, вычисляем значение . Результат заносим в таблицу 4.3. Аналогично проделываем для U_ЗИ=1,0 В; 2,0 В и т.д. На рисунке 4.3 cтроим зависимость R_i=F(U_ЗИ).