Сопротивление коллекторной цепи транзистора

Курсовая работа по дисциплине «Электроника»Шифр варианта 8901. Для усилительного транзисторного каскада (рис. 1):1.1. Выбрать транзистор по приложению А, определить напряжение источника питания Uп, рассчитать сопротивление резисторов и выбрать их номиналы по приложению Б.1.2. Определить h-параметры, h11э, h21э в рабочей точке транзисторного каскада, его входное и выходное сопротивления Rвх и Rвых.1.3. Найти амплитуды напряжения и тока базы Uбт, Iбт, коэффициенты усиления каскада по току, напряжению и мощности KI, KV, KP и амплитуду напряжения источника сигнала.1.4. Рассчитать емкости конденсаторов, выбрать их номинал по приложениям Б,В.Исходные данные (шифр варианта 890):Сопротивление нагрузки Rн = 100 ОмАмплитуда напряжения в нагрузке Uн m = 0,5 ВВнутреннее сопротивление источника сигнала RG = 700 Ом Нижняя граничная частота Fн = 225 Гц Дополнительные параметры:Допустимые частотные искажения на граничной частоте Mн = 1,41Максимальная температура окружающей среды Тm = 45°С Решение: Принципиальная схема усилительного каскада представлена на Рис. 1.1.Рис. 1.1. Принципиальная схема усилительного каскада 1.1. Рассчитаем сопротивление коллекторной цепи транзистора: RК=1+ KRRН=1+1,2÷1,5RН=2,2÷2,5·100==220÷250 Ом,где KR=1,2÷1,5- коэффициент соотношения сопротивлений RК и RН для RН≤1 кОм. Выбираем значение сопротивления коллекторной цепи из ряда Е24 стандартных значений (приложение Б):RК=240 Ом. Определяем эквивалентное сопротивления нагрузки каскада: R´Н=RН· RКRН+ RК= 100· 240100+ 240 ≅ 70,6 Ом. Определяем амплитуду переменной составляющей тока коллектора:IКm=UНmR´Н= 0,570,6 ≅7,08·10-3 А=7,08 мА. Определяем ток коллектора покоя (ток коллектора рабочей точки):IКп=IКmk3= 7,08·10-30,7÷0,95= 7,08·10-30,708=10·10-3 А=10 мА,где k3- коэффициент запаса. k3 = 0,7 0,95, k3 = 0,7 – максимальные нелинейные искажения, k3 = 0,95 – максимальный КПД. Определяем минимальное напряжение коллектор-эмиттер рабочей точки:UКЭпmin= UНm+ U0= 0,5+1=1,5 В,где U0=1 В- напряжение коллектор-эмиттер, соответствующее началу прямолинейного участка выходных характеристик транзисторов малой мощности (PК ≤ 150 мВт). Так как UКЭпmin=1,5 В меньше типового значения 5 В, принимаем напряжение коллектор-эмиттер рабочей точки равнымUКЭп=5 В. Рассчитаем напряжение источника питания:UП=UКЭп+IКп·RК0,7÷0,9= 5+10·10-3·2400,7÷0,9=8,2÷10,6В. ПринимаемUП=9 В,где берем ближайшее целочисленное значение. Рассчитаем сопротивление эмиттерной цепи транзистора: RЭ=0,1÷0,3UПIКп=0,1÷0,3· 910·10-3= 90÷270 Ом. Выбираем значение сопротивления эмиттерной цепи из ряда Е24 стандартных значений (приложение Б):RЭ=150 Ом. Выбираем транзистор из приложения А по параметрам из условий: UКЭmax>UП=9 В; IКmax> IКп=10 мА; PКmax= PКдопTПmax-TmTПmax-T0 >IКп∙UКЭп=10∙9=90 мВт. Выбираем транзистор КТ375A малой мощности с параметрами: UКЭдоп=60 В> UП=9 В; IКдоп=100 мА> IКп=10 мА; PКmax= PКдопTПmax-TmTПmax-T0=400·125-45125-25=320 мВт > UКЭп·IКп= =5·10=50 мВт,где PКдоп=400 мВт - допустимая мощность рассеивания на коллекторе транзистора при температуре T0=25 °С, TПmax=125 °С- максимальная температура перехода, Tm=45 °С- максимальная рабочая температура. Вычерчиваем из Приложения А [1] входные и выходные характеристики транзистора КТ375А (Приложение 1). На выходных характеристиках транзистора КТ375А (рис. 1.2) построим нагрузочную прямую постоянного тока по точкам А, В: т.А: UКЭ=0, IК=UПRК+RЭ=9240+150=23,1∙10-3А=23,1 мА; т.В: UКЭ=UП=9 В, IК=0. Нанесем на нагрузочную прямую рабочую точку (т.С) с координатой тока коллектора IКп=10 мА, и уточним напряжение коллектор-эмиттер покоя: UКЭп= UП-RК+RЭIКп=9-240+150·10∙10-3=5,1 В. Определяем ток базы рабочей точки – ток базы покоя: IБп=150 мкА.Рис.1.2 Выходные ВАХ транзистора КТ375А На входную характеристику (Рис.1.3) наносим рабочую точку С – пересечение входной характеристики (при UКЭ=5 В) и прямойIБ=IБп=150 мкА. Находим координату рабочей точки С на входной характеристике транзистора (Рис.1.3):UБЭп= 1,06 В.Рис.1.3 Входная ВАХ транзистора КТ375А Определяем ток базового делителя напряжения: IД=5÷10IБп=10·150 мкА=1,5 мА. Рассчитываем сопротивления базового делителя напряжения: Rб2=UБЭп+ RЭIКпIД=1,06+150·10·10-31,5·10-3=1,71·103Ом=1,71 кОм. Выбираем из ряда Е24 (приложение Б) ближайший номинал сопротивления резистора Rб2:Rб2=1,8 кОм.Rб1=Rб2UПUБЭп+ RЭIКп-1= 1,8·103·91,06+150·10·10-3-1==4,53·103Ом=4,53 кОм. Выбираем из ряда Е24 (приложение Б) ближайший номинал сопротивления резистора Rб1:Rб1=4,7 кОм. Определяем эквивалентное сопротивление базового делителя:RД=Rб1· Rб2Rб1+ Rб2= 4,7·1,84,7 + 1,8= 1,30 кОм.1.2 Находим h-параметры в рабочей точке С. Параметр h11Э определяем следующим образом. На входной характеристике (Рис. 1.4) задаемся приращением тока базыΔIБ=±50мкА=100 мкАотносительно рабочей точки  IБп=150 мкА. Рис. 1.4 Определение параметра h11Э Соответствующий интервал напряжения база-эмиттер составил ΔUБЭ=0,023 В. Тогда, h11Э= ΔUБЭ ΔIБ=0,023100∙10-6=230 Ом. По выходным характеристикам (Рис. 1.2) находим параметры h21Э : Находим приращение коллекторного тока ΔIК=12 мА и соответствующее ему приращение базового тока ΔIБ=200 мкА при пересечении прямой UКЭ=UКЭп соседних от рабочей точки С выходных характеристик токов базы 200 мкА и 0 (точки Д, Е, Рис. 1.2):h21Э= ΔIК ΔIБ=12∙10-3200∙10-6=60. Определяем входное сопротивление каскада:RВХ= h11Э·RД h11Э+ RД=230·1300230+1300 ≅195 Ом. Определяем выходное сопротивление каскада:RВЫХ≅ RК=240 Ом. 1.3. Строим на выходных характеристиках транзистора нагрузочную прямую по переменному току (Рис. 1.2), которая проходит через рабочую точку С и имеет наклон:ΔIКΔUКЭ= 1/R´Н=(170,6) См. Наносим на выходные характеристики транзистора амплитудыколлекторного тока IКm=7,08 мА и напряжения UНm=0,5 В (Рис. 1.2). Амплитуда базового тока:IБm=ΔIБ2= 280-402=120 мкА= 120·10-6А. На входных характеристиках (Рис. 1.3) показываем амплитуды базового тока и входного напряжения транзистора:UВХm=ΔUБЭ2= 1,083-1,0022=0,0405 В. Коэффициенты усиления каскада по току КI, напряжению KU и мощности KP: KI≅ h21ЭR´Н RН=60·70,6100≅42,4 KU= KIRН RG+RВХ=42,4·100700+195≅4,73 KP=KI∙KU=42,4·4,73 ≅200. Амплитуда напряжения источника сигнала:U0m= UНm KU=0,54,73≅0,106 В=106 мВ. 1.4. Распределим частотные искажения в области нижних частот, вносимыеёмкостями конденсаторов Ср1 , Ср2 , Сб1 , равномерно между ними:MнC=(Mн)1/3= (1,41)1/3=1,121. Определим ёмкость разделительного конденсатора:Cр1 ≥12πFн (RG + RВХ )Mн C2-1=16,28·225·700+195·1,1212-1=≅1,56·10-6 Ф.Выбираем номинал электролитического конденсатора по приложению B [1]: Cр1 =2 мкФ. Тип конденсатора Cр1 : К50-16-25 В-2 мкФ. Определим ёмкость разделительного конденсатора:Cр2 ≥12πFн (RВЫХ + RН )MнC2-1=16,28·225·240+100·1,1212-1=≅4,10·10-6 Ф.Выбираем номинал электролитического конденсатора по приложению B [1]: Cр2 =5 мкФ. Тип конденсатора Cр2 : К50-16-25 В-5 мкФ. Найдём ёмкость блокировочного конденсатора:Cб1 ≥12πFн R´НMн C2-1=16,28·225·70,6·1,1212-1≅1,98·10-5 Ф.Выбираем номинал электролитического конденсатора по приложению B [1]: Cб1 =20 мкФ. Тип конденсатора Cб1 : К50-16-25 В-20 мкФ. Расчет усилительного каскада закончен.2. Задана схема на операционном усилителе, необходимо:2.1. Рассчитать сопротивления резисторов и емкости конденсаторов, выбрать их номиналы по приложениям Б, В.2.2. Выбрать операционный усилитель (ОУ).2.3. Определить максимальные амплитуды источников сигнала.Исходные данные (шифр варианта 890):Внутреннее сопротивление источника сигнала RG1 = 3 кОмКоэффициент усиления по напряжению для источника сигнала Ku1 = 25Дополнительные параметры:Допустимые частотные искажения на граничной частоте Mн =1,41Динамический диапазон выходного напряжения D = 26 дБМаксимальная температура окружающей среды Тm = 45 °ССхема на ОУ: Рис.4а: инвертирующий усилитель постоянного тока. Решение: Вычертим заданную принципиальную электрическую схему - схему инвертирующего усилителя постоянного тока (Рис.2.1).Рис.2.1 Схема инвертирующего усилителя постоянного тока 2.1. Рассчитаем сопротивление резистора R1 инвертирующего входа ОУ:R1=5÷10RG1=5÷10·3=15÷30 кОм. Выбираем значение сопротивления по приложению Б [1]: R1=30 кОм.2.2. Определяем значение сопротивления резистора R2 со стороны неинвертирующего входа ОУ:R2=R1=30 кОм.2.3. Рассчитаем сопротивление резистора цепи отрицательной обратной связи ОУ:R3= Ku1R1=25·30 кОм=750 кОм.Выбираем значение сопротивления по приложению Б [1]: R4=750 кОм.2.4. Так как сопротивление источника сигнала RG1=3 кОм<10 кОми усиление KU1=25≪KUОУ >103,выбираем ОУ типа К140УД6, который имеет следующие параметры: коэффициент усиления по напряжению KUОУ = 70·103;разность входных токов ОУ Δ iВХ = 10·10-9 А; внутреннее напряжение смещения UСМВ = 5·10-3 В;тепловой дрейф разности входных токов ΔΔiвхΔT=0,1·10-9А°С ;тепловой дрейф внутреннего напряжения смещения ΔUСМВ = 20·10-6 В / °С;максимальное напряжение на выходе ОУ UВЫХ max ОУ = 11 В; типовое напряжение питания UП = ± 15 В. Принимаем напряжение питания ОУ неинвертирующего усилителя UП1 = + 15 В, UП2 =−15 В и проверяем правильность выбора ОУ. Рассчитаем допустимое напряжение смещения ОУ: UСМ ДОП=UВЫХmaxОУKU1·10-D/20= 1125·10-26/20=0,0221 В= 22,1 мВ. Определяем сопротивление по постоянному току, подключённое между входом ОУ и нулевой точкой:RВХО=R2=30 кОм. Определяем напряжение смещения ОУ от разности входных токов:UСМ I = ΔiВХ·RВХО+ ΔΔiВХΔT·RВХО·TM- T0==10·10-9·30·103+ 0,1·10-9·30·103·45- 25=0,36·10-3 В. Напряжение смещения ОУ, вызванное внутренним смещением ОУ: UСМ U = UСМ В + ΔUСМ В ΔT·TM- T0= =5·10-3+ 20·10-6·45- 25=5,4·10-3 В. Суммарное напряжение смещения ОУ:UСМ S = UСМ I + UСМ U = 0,36·10-3+ 5,4·10-3= 5,76·10-3 В= =5,76 мВ,что меньше UСМ ДОП , следовательно, ОУ К140УД6 обеспечивает заданный динамический диапазон выходного напряжения во всём интервале рабочих температур. ОУ К140УД6 выбран правильно.2.5. Определим максимальную амплитуду источника сигнала:UG1m = UВЫХmaxОУKU1= 1125=0,44 В.Расчет схемы закончен.3. Для логической функции необходимо:3.1. Упростить функцию, пользуясь алгеброй логики.3.2. Составить таблицу истинности.3.3. Разработать функциональную электрическую схему на базовых элементах (И, ИЛИ, НЕ).Исходные данные (шифр варианта 890):Логическая функция F=X∙( Y+Z∙X+A1)∙A2Логическая функция A1=X∙Y∙Z Логическая функция A2=X∙Y ∙X∙Z + Z Решение:3.1. Задана логическая функция: F=X∙ Y+Z∙X+A1∙A2= =X∙ Y+Z∙X+X∙Y∙Z ∙X∙Y ∙X∙Z + Z. Упростим данную функцию, пользуясь законами алгебры логики:F=X∙ Y+Z∙X+X∙Y∙Z ∙X∙Y ∙X∙Z + Z==X∙ Y+Z∙X+X∙Y∙Z ∙X+Y∙X∙Z + Z==X∙X+Y∙Y+Z∙X+X∙Y∙Z∙X∙Z + Z==X∙X+X∙Y∙Y+Z∙X+X∙Y∙Z∙X∙Z + Z==X+X∙Y∙Y+Z∙X+X∙Y∙Z∙X∙Z + Z==X∙1+Y∙Y+Z∙X+X∙Y∙Z∙X∙Z + Z==X∙1∙Y+Z∙X+X∙Y∙Z∙X∙Z + Z==X∙Y+Z∙X+X∙Y∙Z∙X∙Z + Z==Y+Z∙X+X∙Y∙Z∙X∙X∙Z + Z==Y+Z∙X+X∙Y∙Z∙X∙X∙Z +X∙ Z==Y+Z∙X+X∙Y∙Z∙0∙Z +X∙ Z==Y+Z∙X+X∙Y∙Z∙0+X∙ Z==Y+Z∙X+X∙Y∙Z∙X∙ Z==Y∙X∙ Z +Z∙X∙X∙ Z + X∙Y∙Z∙X∙ Z==Y∙X∙ Z +Z∙0∙ Z + Y∙X∙Z==Y∙X∙ Z +0 + Y∙X∙Z==Y∙X∙ Z + Y∙X∙Z==Y+ Y ∙X∙Z==1∙X∙Z==X∙Z. Итак,F=X∙Z.3.2. Составим таблицу истинности для функции F=X∙ZXYZXZF=X∙Z0001110011000101110111001000101010001100101110003.3. Функциональная электрическая схема, реализующая функциюF=X∙Zна базовых элементах (И, ИЛИ, НЕ), представлена на Рис.3.1.Рис.3.1 Функциональная электрическая схема, реализующая функциюF=X∙ZСписок литературы1. Шанцин В.А., Ивушкин Д.С. Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине / В.А. Шанцин, Д.С. Ивушкин – Волгоград: ФГБОУ ВО Волгоградский ГАУ, 2017. – 36 с.2. Бурков, А.Т. Электроника и преобразовательная техника: Учебник для специалистов: В 2 томах Том 1: Электроника / Бурков А.Т. - М.:УМЦ ЖДТ, 2015. - 480 с.: 60x84 1/16. - (Высшее образование) (Переплёт) ISBN 978-5-89035-796-0 Режим доступа: http://znanium.com/bookread2.php?book=528086 3. Рег, Дж. Промышленная электроника [Электронный ресурс] / Джеймс Рег. – М.: ДМК Пресс, 2011. – 1136 с.: ил. - ISBN 978-5-94074-478-8. Режим доступа: http://znanium.com/catalog.php?bookinfo=406571 4. Ермуратский, П. В. Электротехника и электроника [Электронный ресурс] / П. В. Ермуратский, Г. П. Лычкина, Ю. Б. Минкин. - М.: ДМК Пресс, 2011. - 416 с.: ил. - ISBN 978-5-94074-688-1. Режим доступа: http://znanium.com/catalog.php?bookinfo=406901 5. Марченко, А. Л. Электротехника и электроника: Учебник. В 2 томах. Том 2: Электроника / А.Л. Марченко, Ю.Ф. Опадчий - М.: НИЦ ИНФРА-М, 2015. - 574 с.: 60x90 1/16. - (Высшее образование) (Переплёт) ISBN 978-5-16-009061-0, 500 экз. Режим доступа: http://znanium.com/catalog.php?bookinfo=420583 6. Марченко, А. Л. Основы электроники [Электронный ресурс] : Учебное пособие для вузов / А. Л. Марченко. - М. : ДМК Пресс, 2010. - 296 с., ил. - ISBN 978-5-94074-432-0. Режим доступа: http://znanium.com/catalog.php?bookinfo=4065537. Щука, А. А. Электроника / А.А. Щука. — 2-е изд., перераб. и доп. — СПб.: БХВ-Петербург, 2008. — 751 с.: ил. — (Учебная литература для вузов). - ISBN 978-5-9775-0160-6. Режим доступа: http://znanium.com/catalog.php?bookinfo=350420Приложение 1Входная (а) и выходные (б) вольт-амперные характеристики транзистора КТ375Аа)б)