Исследование и расчет усилительного каскада с общим эмиттером

Министерство путей сообщения  Российской Федерации

Ростовский государственный  университет путей сообщения

Кафедра ВТ и АСУ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Контрольная (Расчётно-графическая) работа по дисциплине

« Компьютерная электроника  »

 

На тему: «Исследование  и расчет усилительного каскада  с общим эмиттером»

 

 

 

 

 

 

 

                                                                        Выполнил : Студент группы хх-х-ххх

Шифр хх-хх-хххх

 

Проверил : доц. Майоров В.Д.

 

 

 

 

 

 

 

 

г.Ростов-на-Дону

2010 г.

Задание

Транзистор включен в усилительный каскад по схеме с общим эмитером. Каскад питается от 1-го источника питания с напряжением 10 В. Для подачи смещения в цепи базы используется резистор R . Даны характеристики входная и выходная. Известно, что постоянная составляющая тока базы I =0,3 мА. Амплитуда переменной составляющей тока базы: I =0,2 мА. Сопротивление резистора нагрузки R =500 Ом. Максимально допустимая мощность рассеиваемая коллектором P = 150 мВт. Диапазон частот усиливаемых колебаний: 80 Гц – 5 кГц.

 

Требуется:

- Построить  линию P .

- По выходным  характеристикам найти постоянную  составляющую тока                                                                                                   коллектора I .

- Найти постоянную  составляющую напряжения U .

- Найти амплитуду переменной составляющей тока коллектора I .

- Найти амплитуду  выходного переменного напряжения  U = U .

- Найти коэффициент  усиления по току K .

- Найти выходную  мощность P .

- Найти мощность, рассеиваемую по нагрузке постоянной  составляющей тока коллектора  P .

- Найти полную  потребляемую мощность в коллекторной  цепи P .

- Найти КПД  коллекторной цепи.

- Проверить не превышает ли мощность P выделяющаяся в режиме покоя максимально допустимую мощность P .

- С помощью  входных характеристик определить  напряжение смещения U .

- Определить  амплитуду входного сигнала U .

- Определить  входную мощность Р .

- Определить  коэффициент усиления по напряжению  K .

- Определить  коэффициент усиления по мощности K .

- Определить  входное сопротивление R .

- Определить  сопротивление резистора базы  R .

          - Определить  разделительную ёмкость C .

 

 

 

 

 

 

 

Рабочая схема

 

 

           - Е

 

  Rб    Rн

 

  I

 

       VT1

       U      Ср

+ E

 

 

Входная характеристика транзистора

 

 

 

 

 

 

 

Выходная характеристика транзистора.

 

          Данные для расчета: U =11 В, I =0,3 мА, R =500 Ом, I =0,2 мА, P =150 мВт.

Диапазон частот: 80 Гц – 5 кГц

 

 

 

Решение

1. На семействе выходных характеристик строится кривая P по данным из таблицы.

U (В)	5	10	15	20
I (мА)	30	15	10	7,5

I рассчитываем по формуле I =

2. Для нахождение рабочей точки строится прямая по точкам:

 

3. Амплитуда переменной составляющей  тока коллекторной цепи определяется  по выходным характеристикам.

                                          I =11 мА  I =0,3 мА

 I =16 мА I =0,5 мА

 I =4 мА  I =0,1 мА

 

4. Амплитуда переменного напряжения  на нагрузке определяется по  формуле:

 

U

=U = I ·R =6мА·0,5кОм=3 В

 

5. Коэффициент усиления по току.

 

6. Амплитуда переменного напряжения  на нагрузке определяется по  выходной характеристике.

U =5,1 В 

U =8,5 В 

U =2,5 В

 

7. Выходная мощность.

         P

=0,5·I ·U =0,5·6мА·3В=9 мВт

 

8. Полная мощность коллекторной  цепи.

                             P =Е ·I =11В·11мА=121 мВт

 

9. Коэффициент полезного действия.

 

10. Напряжение смещения и амплитуда  входного сигнала определяется  по входной характеристике.

                                          I =0,3     U =0,29 

                                          I =0,5           U =0,3  

                                         I =0,1            U =0,22

 

11. Входная мощность.

P

=0,5·I ·U =0,5·0,2мА·0,04В=0,004 мВт

 

12. Коэффициент усиления по напряжению.

 

13. Коэффициент усиления по мощности.

  ; проверка K =K K =30·75=2250

 

14. Входное сопротивление.

 

В соответствии с ГОСТом этот транзистор является транзистором p-n-p

 

 

15. Сопротивление базы.

         

         

                             По ГОСТу выбираем: 0.125 Вт

 

16. Определяем разделительную емкость из условия

 где 

По ГОСТу выбираем электролитический конденсатор: 10 мкФ

 

17. Для рабочей точки усилителя найти параметры h_21э, h_22э, R_вых = 1/h_22э, h_11э и y_21э = S и аналитически рассчитать величины K_I, K_U, K_P, R_вх.

 

Решение

Рассчитаем параметры в рабочей  точке при U

=10 В и I =11 мА.

 

1. По точкам (А; В)  

 

2. По точкам (C; D)  

3.     

 

 

 

 

4. Крутизна характеристики транзистора.

5. С помощью найденных параметров определим искомое значение по приближённым формулам. Коэффициент усиления по току K_I = h_21э =30; точнее

,

что сходится с результатом графоаналитического  расчёта.

 

6. Входное сопротивление.

 

 

 

 

7. Коэффициент усиления по напряжению.

точнее,    75

 

8. Коэффициент усиления по мощности.

    28,57·75=2142,75.

 

Данные для расчета: I =10 В, I =0,4 мА, R =500 Ом, I =0,25 мА, P =250 мВт.

Диапазон частот: 80 Гц – 5 кГц

 

Решение

1. На семействе выходных характеристик  строится кривая P по данным из таблицы.

U (В)	5	10	15	20
I (мА)	30	15	10	7,5

I рассчитываем по формуле I =

2. Для нахождение рабочей точки строится прямая по точкам:

3. Амплитуда переменной составляющей  тока коллекторной цепи определяется  по выходным характеристикам.

                                          I =15 мА  I =0,4 мА

 I =25 мА I =0,25 мА

 I =5 мА  I =0,15 мА

 

4. Амплитуда переменного напряжения  на нагрузке определяется по  формуле:

 

U

=U =I ·R =25·500=12,5 В

 

5. Коэффициент усиления по току.

 

6. Амплитуда переменного напряжения  на нагрузке определяется по  выходной характеристике.

U =8,5 В

U =13,5 В

U =4,5 В

 

7. Выходная мощность.

         P

=0,5·I ·U =0,5·25 мА·4,5 В=56,25 мВт

 

8. Полная мощность коллекторной  цепи.

                             P =Е · I =15·15=225 мВт

 

9. Коэффициент полезного действия.

 

10. Напряжение смещения и амплитуда  входного сигнала определяется  по входной характеристике.

                                          I =0,4 мА     U =0,3 В 

                                          I =0,65 мА    U =0,302 В

                                         I =0,15 мА     U =0,25 В

 

11. Входная мощность.

P

=0,5·I ·U =0,5·0,25·0,302=0,038

 

12. Коэффициент усиления по напряжению.

 

13. Коэффициент усиления по мощности.

  ; проверка K =K K =14,9·100=1490

 

14. Входное сопротивление.

 

В соответствии с ГОСТом этот транзистор является транзистором p-n-p

 

 

 

 

 

15. Сопротивление базы.

         

         

                             По ГОСТу выбираем:0,125 Вт

 

16. Определяем разделительную емкость из условия

 где 

По ГОСТу выбираем электролитический конденсатор:20 мкФ

 

17. Для рабочей точки усилителя найти параметры h_21э, h_22э, R_вых = 1/h_22э, h_11э и y_21э = S и аналитически рассчитать величины K_I, K_U, K_P, R_вх.

 

Решение

Рассчитаем параметры в рабочей  точке при U

=8,5 В и I =15 мА.

 

1. По точкам (А’; В’)  

 

2. По точкам (C; D)  

3.     

 

 

 

 

4. Крутизна характеристики транзистора.

 

 

5. С помощью найденных параметров определим искомое значение по приближённым формулам. Коэффициент усиления по току K_I = h_21э =40; точнее

,

что сходится с результатом графоаналитического  расчёта.

 

6. Входное сопротивление.

1000 Ом

 

 

 

 

7. Коэффициент усиления по напряжению.

точнее,    20

 

8. Коэффициент усиления по мощности.

    800.