Мир Знаний

Функциональные устройства телекоммуникаций (стр. 1 из 3)

Контрольное задание №1

Исходные данные (Вариант №4):

Еп, В 9
I0K, мА 12
U0КЭ, В 4
EГ, мВ 50
RГ, кОм 0,6
fН, Гц 120
fВ, кГц 10
M, дБ 1
tСМИН, оC 0
tСМАКС, оC 35

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]:

Параметры Режим измерения ГТ108А
h21ЭМИН UКЭ=-5В; IЭ=1 мА; tС=20 оC 20
h21ЭМАКС 55
СК, пФ UКБ=-5В; f=465 кГц 50
τК, нс UКБ=-5В; f=465 кГц 5
fh21Э, МГц UКЭ=-5В; IЭ=1 мА 0,5
IКБО, мкА UКБ =-5В; tС=20 оC 15

Рассчитаем параметры малосигнальной модели биполярного транзистора [1].

Среднее значение коэффициента передачи тока равно:

(1.1)

h21Э=33,2.

Выходная проводимость определяется как

(1.2)

h22Э=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)

rБ’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)

h11Э=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 RЭв цепи эмиттера транзистора равным

U=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)

ΔI=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 RВХи последующего RВХ2= RНкаскадов:

(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:

МНСР1НСР2НСЭ=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.