Содержание и оформление расчетно-графической работы
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Ижевский государственный технический университет»
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА
Учебно-методическое пособие для студентов
неэлектрических направлений
2-е издание, исправленное и дополненное
Ижевск Издательство ИжГТУ 2009 |
УДК 621.3 (076)
Э45
Рецензент С. И. Юран, канд. техн. наук, проф. кафедры «Автоматизированный электропривод» ИжГСХА
Составители: И. В. Штенников, канд. техн. наук, доц. кафедры «Электротехника» ИжГТУ; О. В. Пиманова, ст. преподаватель кафедры «Электротехника» ИжГТУ
Рекомендовано к изданию на заседании кафедры «Электротехника» ИжГТУ (протокол № 190 от 7 июля 2006 г.).
Э45 | Электротехника и электроника : учеб.-метод. пособие для студ. неэлектрических напр. / сост. И. В. Штенников, О. В. Пиманова. – 2-е изд., испр. и доп. – Ижевск : Изд-во ИжГТУ, 2009. – 64 с. |
Учебно-методическое пособие содержит задания для расчетно-графических работ по электронике и методические указания по их выполнению, предназначено для студентов неэлектрических направлений.
УДК 621.3 (076)
© Штенников И. В.,
Пиманова О. В, составление, 2006
© Штенников И. В.,
Пиманова О. В, составление, 2009,
|
|
с изменениями
© Ижевский государственный
технический университет, 2009
Расчетно-графическая работа
«Расчет однофазного выпрямителя»
Произвести расчет выпрямителя однофазного переменного напряжения для заданных параметров нагрузочного устройства:
– определить электрические параметры всех элементов для заданной схемы выпрямителя, параметры нагрузочного устройства (Uн.ср; Iн.ср; Rн), напряжения первичного источника питания (U1);
– определить предельные эксплуатационные параметры выпрямительных диодов и по нормативно-технической документации выбрать диоды соответствующей марки (указать марку диода, его предельные параметры – ; , и если необходимо для дальнейших расчетов – ; );
– привести принципиальную электрическую схему выпрямителя, его временную диаграмму работы.
Расчету подлежат следующие параметры: один из параметров нагрузочного устройства, который не задан, – Uн.ср; Iн.ср; Rн ; далее U2; U2m; Uобр mах; Iпр.ср; ; ; k – коэффициент трансформации, если необходимо произвести расчет Rш в случае применения последовательного включения диодов или Rб при параллельном включении диодов.
|
|
Оформить работу в соответствии с требованиями приложения 1.
Таблица 1
Варианты заданий РГР
«Расчет однофазного выпрямителя»
№ ва-рианта | Тип выпрямителя | U1, B | Uн.ср, B | Iн.ср, A | Rн, Ом |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
1 | Однополупериодный | 220 | 200 | 0,2 | – |
2 | Двухполупериодный мостовой | 220 | – | 2 | 200 |
3 | Однополупериодный | 220 | 600 | – | 3000 |
4 | Двухполупериодный мостовой | 220 | 100 | – | 500 |
5 | Однополупериодный | 220 | – | 0,5 | 300 |
6 | Двухполупериодный мостовой | 220 | 400 | 4 | – |
7 | Однополупериодный | 220 | – | 2 | 200 |
Продолжение табл. 1
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
8 | Двухполупериодный мостовой | 220 | 800 | – | 1600 |
9 | Однополупериодный | 220 | 150 | 1 | – |
10 | Двухполупериодный мостовой | 220 | 600 | 12 | – |
11 | Однополупериодный | 220 | – | 0,2 | 1500 |
12 | Двухполупериодный мостовой | 220 | 300 | 2 | – |
13 | Однополупериодный | 220 | 400 | – | 200 |
14 | Двухполупериодный мостовой | 220 | 800 | – | 2000 |
15 | Однополупериодный | 220 | 100 | 2 | – |
16 | Двухполупериодный мостовой | 220 | – | 6 | 30 |
17 | Однополупериодный | 220 | 250 | – | 400 |
18 | Двухполупериодный мостовой | 220 | 200 | 4 | – |
19 | Однополупериодный | 220 | 400 | 1 | – |
20 | Двухполупериодный мостовой | 220 | – | 3 | 150 |
21 | Однополупериодный | 220 | – | 2 | 300 |
22 | Двухполупериодный мостовой | 220 | _ | 0,2 | 2000 |
23 | Однополупериодный | 220 | 150 | 2 | – |
24 | Двухполупериодный мостовой | 220 | 50 | _ | 10 |
25 | Однополупериодный | 220 | – | 0,5 | 1000 |
26 | Двухполупериодный мостовой | 220 | _ | 5 | 100 |
27 | Однополупериодный | 220 | 200 | – | 500 |
28 | Двухполупериодный мостовой | 220 | 400 | 4,5 | _ |
29 | Однополупериодный | 220 | – | 2 | 220 |
30 | Двухполупериодный мостовой | 220 | 250 | 5 | _ |
31 | Однополупериодный | 220 | – | 3 | 150 |
32 | Двухполупериодный мостовой | 220 | 300 | – | 40 |
33 | Однополупериодный | 220 | – | 0,5 | 1000 |
Продолжение табл. 1
|
|
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
34 | Двухполупериодный мостовой | 220 | 600 | – | 800 |
35 | Однополупериодный | 220 | – | 0,5 | 500 |
36 | Двухполупериодный мостовой | 220 | 400 | 0,3 | – |
37 | Однополупериодный | 220 | 600 | – | 2000 |
38 | Двухполупериодный мостовой | 220 | – | 0,5 | 1200 |
39 | Однополупериодный | 220 | 350 | – | 700 |
40 | Двухполупериодный мостовой | 220 | – | 10 | 40 |
41 | Однополупериодный | 220 | 500 | – | 2500 |
42 | Двухполупериодный мостовой | 220 | 800 | 0,1 | – |
43 | Однополупериодный | 220 | 400 | – | 3000 |
44 | Двухполупериодный мостовой | 220 | – | 1,5 | 350 |
45 | Однополупериодный | 220 | – | 0,1 | 5000 |
46 | Двухполупериодный мостовой | 220 | 250 | 3 | – |
47 | Однополупериодный | 220 | – | 0,3 | 1000 |
48 | Двухполупериодный мостовой | 220 | 300 | – | 50 |
49 | Однополупериодный | 220 | – | 0,3 | 2500 |
50 | Двухполупериодный мостовой | 220 | 150 | – | 10 |
51 | Однополупериодный | 220 | – | 1,5 | 350 |
52 | Двухполупериодный мостовой | 220 | 700 | – | 100 |
53 | Однополупериодный | 220 | 400 | – | 5000 |
54 | Двухполупериодный мостовой | 220 | 400 | 0,3 | – |
55 | Однополупериодный | 220 | – | 0,2 | 1500 |
56 | Двухполупериодный мостовой | 220 | 1500 | – | 3000 |
57 | Однополупериодный | 220 | 400 | 0,1 | – |
58 | Двухполупериодный мостовой | 220 | 450 | 3 | – |
59 | Однополупериодный | 220 | – | 1 | 500 |
Продолжение табл. 1
|
|
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
60 | Двухполупериодный мостовой | 220 | – | 0,5 | 800 |
61 | Однополупериодный | 220 | 420 | 2 | – |
62 | Двухполупериодный мостовой | 220 | – | 2,5 | 220 |
63 | Однополупериодный | 220 | – | 0,5 | 750 |
64 | Двухполупериодный мостовой | 220 | 250 | – | 50 |
65 | Однополупериодный | 220 | 300 | – | 100 |
66 | Двухполупериодный мостовой | 220 | – | 0,4 | 2000 |
67 | Однополупериодный | 220 | – | 0,3 | 3000 |
68 | Двухполупериодный мостовой | 220 | – | 0,3 | 1500 |
69 | Однополупериодный | 220 | 200 | – | 20 |
70 | Двухполупериодный мостовой | 220 | – | 12 | 40 |
71 | Однополупериодный | 220 | 400 | 0,2 | – |
72 | Двухполупериодный мостовой | 220 | 420 | – | 100 |
73 | Однополупериодный | 220 | 500 | – | 6000 |
74 | Двухполупериодный мостовой | 220 | – | 0,5 | 800 |
75 | Однополупериодный | 220 | 100 | 2,5 | – |
76 | Двухполупериодный мостовой | 220 | 600 | – | 40 |
77 | Однополупериодный | 220 | – | 5 | 50 |
78 | Двухполупериодный мостовой | 220 | – | 2 | 180 |
79 | Однополупериодный | 220 | – | 1,5 | 200 |
80 | Двухполупериодный мостовой | 220 | 800 | 0,5 | – |
81 | Однополупериодный | 220 | 400 | – | 1000 |
82 | Двухполупериодный мостовой | 220 | 500 | 3 | – |
83 | Однополупериодный | 220 | – | 0,3 | 3000 |
84 | Двухполупериодный мостовой | 220 | 700 | – | 50 |
85 | Однополупериодный | 220 | – | 5 | 60 |
Окончание табл. 1
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
86 | Двухполупериодный мостовой | 220 | – | 0,2 | 500 |
87 | Однополупериодный | 220 | – | 0,25 | 600 |
88 | Двухполупериодный мостовой | 220 | 150 | – | 10 |
89 | Однополупериодный | 220 | – | 5 | 30 |
90 | Двухполупериодный мостовой | 220 | – | 0,1 | 5000 |
91 | Однополупериодный | 220 | – | 4 | 60 |
92 | Двухполупериодный мостовой | 220 | 250 | – | 20 |
93 | Однополупериодный | 220 | 320 | – | 120 |
94 | Двухполупериодный мостовой | 220 | – | 3,5 | 100 |
95 | Однополупериодный | 220 | 750 | – | 2500 |
96 | Двухполупериодный мостовой | 220 | – | 1,5 | 350 |
97 | Однополупериодный | 220 | – | 0,5 | 1000 |
98 | Двухполупериодный мостовой | 220 | 150 | 12 | – |
99 | Однополупериодный | 220 | 400 | – | 350 |
100 | Двухполупериодный мостовой | 220 | – | 0,1 | 6000 |
Методические указания к выполнению РГР
«Расчет однофазного выпрямителя»
Основные электрические параметры выпрямителя:
– среднее значение выпрямленного напряжения (среднее значение напряжения на нагрузочном устройстве) – Uн.ср;
– среднее значение выпрямленного тока (среднее значение тока, протекающего через нагрузочное устройство) – Iн.ср;
– мощность, выделяемая на нагрузочном устройстве, – ;
– действующие значения напряжения первичной и вторичной обмоток трансформатора – U1, U2;
– действующие значения тока первичной и вторичной обмоток трансформатора – I1, I2;
– коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения – р.
Расчетные формулы:
Uн.ср=RнIн.ср;
;
– для однополупериодного выпрямителя:
= Iн.ср;
;
– для двухполупериодного мостового выпрямителя:
= 0,5Iн.ср;
,
где Rн – сопротивление нагрузочного устройства (сопротивление нагрузки); Iпр.ср – среднее значение прямого тока, протекающего через диод в прямом направлении; U2m – амплитудное значение действующего значения напряжения вторичной обмотки трансформатора U2; Uобр mах – максимальное значение напряжения, действующее на диод в обратном направлении.
Предельные параметры выпрямительного диода должны удовлетворять следующим условиям:
;
,
где – максимальный прямой ток, который способен диод пропустить в прямом направлении; – максимальное допустимое значение обратного напряжения, действующее на диод в обратном направлении.
Расчетно-графическая работа
«Расчет стабилизатора напряжения»
Рассчитать параметрический стабилизатор напряжения для заданных параметров нагрузочного устройства:
– для заданных параметров нагрузочного устройства (Uн; Iн; Rн) осуществить выбор стабилитрона по нормативно-технической документации (указать марку стабилитрона, его напряжение стабилизации , значение номинального тока стабилизации , предельные параметры стабилитрона – , );
– привести принципиальную электрическую схему стабилизатора;
– произвести расчет электрических параметров и элементов стабилизатора ( ; ; ), определить величину входного напряжения стабилизатора ( ), номинальные значения сопротивления и рассеиваемой мощности балластного резистора в соответствии с нормированными значениями этих величин;
– проверить работоспособность выбранного стабилитрона для случая работы стабилизатора в режиме холостого хода (Rн = ¥), т. е. выяснить, не будут ли режимы работы стабилитрона выходить за его предельные значения параметров.
Оформить работу в соответствии с требованиями приложения 1.
Таблица 2
Варианты заданий РГР
«Расчет стабилизатора напряжения»
№ ва-рианта | Uн, B | Iн, мA | Rн, Ом |
1 | 2 | 3 | 4 |
1 | 5,6 | – | 300 |
2 | 82 | 20 | – |
3 | 15 | – | 850 |
4 | 3,9 | 100 | – |
5 | 27 | – | 550 |
6 | 12 | 25 | – |
7 | 47 | – | 1000 |
8 | 22 | 75 | – |
9 | 6,8 | – | 150 |
10 | 18 | – | 100 |
11 | 8,2 | 40 | – |
Продолжение табл. 2
1 | 2 | 3 | 4 |
12 | 33 | – | 850 |
13 | 27 | 70 | – |
14 | 12 | – | 650 |
15 | 5,6 | 50 | – |
16 | 33 | – | 750 |
17 | 10 | 250 | – |
18 | 4,7 | – | 70 |
19 | 120 | 18 | – |
20 | 8,2 | – | 40 |
21 | 56 | 35 | – |
22 | 130 | – | 8000 |
23 | 3,3 | – | 50 |
24 | 150 | 13 | – |
25 | 15 | 2 | – |
26 | 180 | – | 18000 |
27 | 36 | 8 | – |
28 | 12 | – | 3500 |
29 | 100 | 20 | – |
30 | 10 | 4 | – |
31 | 3,9 | – | 100 |
32 | 11 | 10 | – |
33 | 68 | – | 3000 |
34 | 33 | 40 | – |
35 | 15 | – | 1500 |
36 | 39 | 65 | – |
37 | 8,2 | 5 | – |
38 | 30 | – | 3500 |
39 | 56 | – | 2000 |
40 | 22 | 15 | – |
41 | 7,5 | – | 2500 |
42 | 13 | 12 | – |
43 | 18 | – | 1200 |
44 | 47 | 50 | – |
45 | 3,3 | – | 80 |
46 | 39 | – | 1000 |
47 | 11 | 8 | – |
48 | 3,9 | 50 | – |
49 | 5,6 | – | 350 |
50 | 33 | 100 | – |
51 | 10 | – | 750 |
Продолжение табл. 2
1 | 2 | 3 | 4 |
52 | 4,7 | 20 | – |
53 | 27 | – | 300 |
54 | 6,8 | 300 | – |
55 | 3,9 | – | 150 |
56 | 22 | 100 | – |
57 | 9 | – | 550 |
58 | 16 | 30 | – |
59 | 5,6 | – | 150 |
60 | 3,3 | 50 | – |
61 | 120 | – | 6000 |
62 | 12 | 8 | – |
63 | 39 | – | 800 |
64 | 5,6 | – | 3000 |
65 | 8 | 12 | – |
66 | 14 | – | 2000 |
67 | 27 | 12 | – |
68 | 3,3 | 20 | – |
69 | 10 | – | 4500 |
70 | 82 | – | 4000 |
71 | 15 | 200 | – |
72 | 9,1 | – | 2000 |
73 | 68 | 30 | – |
74 | 24 | – | 2000 |
75 | 9 | 5 | – |
76 | 5,6 | – | 400 |
77 | 27 | 90 | – |
78 | 8,2 | – | 20 |
79 | 22 | – | 150 |
80 | 6,8 | 450 | – |
81 | 18 | 200 | – |
82 | 5,6 | – | 10 |
83 | 15 | 150 | – |
84 | 4,7 | 75 | – |
85 | 12 | – | 45 |
86 | 3,9 | – | 50 |
87 | 10 | 350 | – |
88 | 100 | 15 | – |
89 | 13 | – | 2500 |
90 | 82 | 15 | – |
91 | 3,3 | 35 | – |
Окончание табл. 2
1 | 2 | 3 | 4 |
92 | 56 | – | 1500 |
93 | 4,7 | 25 | – |
94 | 47 | – | 1200 |
95 | 6,8 | – | 250 |
96 | 39 | 45 | – |
97 | 3,9 | 30 | – |
98 | 12 | – | 5000 |
99 | 33 | – | 500 |
100 | 3,3 | 90 | – |
Методические указания к выполнению РГР
«Расчет стабилизатора напряжения»
Основные электрические параметры стабилизатора напряжения:
– напряжение на нагрузочном устройстве – Uн;
– нагрузочный ток (величина тока, протекающего через нагрузочное устройство) – Iн;
– номинальное значение входного напряжения стабилизатора – ;
– напряжение стабилизации (напряжение на стабилитроне) – ;
– ток стабилизации (ток, протекающий через стабилитрон) – ;
– минимально допустимый ток стабилизации – ;
– максимально допустимый ток стабилизации – ;
– номинальный ток стабилизации –
Порядок выполнения работы
Схема параметрического стабилизатора приведена на рис. 1.
Для заданных параметров нагрузочного устройства (Uн; Iн; Rн) по справочно-нормативной литературе выбирают стабилитрон, главным образом, по напряжению на нагрузочном устройстве Uн и току нагрузки Iн. Номинальное напряжение стабилизации стабилитрона должно соответствовать напряжению на нагрузочном устройстве Uн, максимально допустимый ток стабилизации стабилитрона должен превышать ток нагрузки Iн примерно в два раза.
Расчет элементов стабилизатора производится на основе уравнения электрического состояния параметрического стабилизатора:
,
где – балластное сопротивление; .
В случае параметрического стабилизатора .
В расчетах ток стабилизации должен соответствовать номинальному току стабилизации , значение которого указывается в паспортных данных стабилитрона, или допускается принять
.
Напряжение обычно на 30–50 % больше . При напряжениях стабилизации менее 5 В может превышать в 2 раза.
В результате расчетов определяют: электрические параметры стабилизатора ( ; ) и значение сопротивления , величину входного напряжения стабилизатора Uвх.ст, номинальное значение сопротивления и рассеиваемой мощности балластного резистора в соответствии с нормированными значениями этих величин.
В заключение расчета стабилизатора проверяют работоспособность выбранного стабилитрона при работе стабилизатора в режиме холостого хода (Rн = ¥), при этом и (мощность, рассеиваемая на стабилитроне) не должны превышать соответствующих предельно допустимых значений тока стабилизации и рассеиваемой мощности для выбранного стабилитрона.
Расчетно-графическая работа
«Определение h-параметров биполярного транзистора»
Определить h-параметры биполярного транзистора по его вольт-амперным характеристикам для заданной точки (Uк; Iб).
Вольт-амперные характеристики приведены в приложении 3.
Оформить работу в соответствии с требованиями приложения 1.
Таблица 3
Варианты заданий РГР
«Определение h-параметров биполярного транзистора»
№ ва-рианта | Тип транзистора | Коорд. точки для опред. h-параметров | № ва-рианта | Тип транзистора | Коорд. точки для опред. h-параметров | ||
Uк, В | Iб, мкА | Uк, В | Iб, мкА | ||||
1 | 2 | 3 | 4 | 1 | 2 | 3 | 4 |
1 | КТ301А | 16 | 50 | 51 | КТ120А | 0,4 | 200 |
2 | ГТ109В | 6 | 10 | 52 | КТ301В | 12 | 75 |
3 | ГТ322Б | 6 | 50 | 53 | ГТ308А | 6 | 800 |
4 | КТ373А | 10 | 10 | 54 | КТ342Б | 4 | 50 |
5 | КТ312Б | 20 | 300 | 55 | ГТ109Б | 4 | 30 |
6 | КТ3102А | 10 | 100 | 56 | КТ352Б | 4 | 400 |
7 | КТ324Б | 8 | 10 | 57 | ГТ320А | 4 | 600 |
8 | КТ373Г | 8 | 8 | 58 | КТ373Г | 5 | 16 |
9 | ГТ109А | 6 | 40 | 59 | КТ345Б | 6 | 200 |
10 | ГТ320В | 4 | 300 | 60 | КТ315А | 10 | 200 |
11 | КТ352А | 6 | 600 | 61 | КТ3102Б | 20 | 30 |
12 | КТ345А | 6 | 300 | 62 | КТ342В | 4 | 30 |
13 | КТ373В | 6 | 4 | 63 | ГТ308Б | 4 | 600 |
14 | КТ315Г | 10 | 200 | 64 | КТ203Б | 15 | 40 |
15 | КТ3102Д | 15 | 45 | 65 | КТ373Б | 5 | 8 |
16 | КТ342А | 2 | 200 | 66 | КТ3102А | 20 | 50 |
17 | КТ312Б | 10 | 400 | 67 | КТ312В | 15 | 50 |
18 | КТ301Б | 8 | 200 | 68 | ГТ122А | 6 | 200 |
19 | ГТ308Б | 8 | 200 | 69 | КТ345В | 8 | 80 |
Окончание табл. 3
1 | 2 | 3 | 4 | 1 | 2 | 3 | 4 |
20 | ГТ109В | 4,5 | 15 | 70 | ГТ109В | 3 | 20 |
21 | КТ203Б | 5 | 40 | 71 | КТ315В | 20 | 200 |
22 | ГТ122Б | 8 | 150 | 72 | КТ301 | 16 | 50 |
23 | КТ3102В | 10 | 60 | 73 | ГТ109Д | 6 | 40 |
24 | КТ312Б | 15 | 300 | 74 | КТ352А | 8 | 400 |
25 | ГТ308А | 6 | 600 | 75 | КТ342Б | 3 | 100 |
26 | КТ345Б | 12 | 100 | 76 | КТ301Б | 16 | 100 |
27 | ГТ109А | 4,5 | 30 | 77 | ГТ322Б | 4 | 75 |
28 | КТ373Б | 10 | 4 | 78 | КТ3102Г | 20 | 20 |
29 | КТ301В | 8 | 100 | 79 | КТ373А | 8 | 20 |
30 | КТ315Б | 8 | 200 | 80 | КТ324А | 4 | 20 |
31 | КТ3102А | 15 | 150 | 81 | КТ301Г | 12 | 150 |
32 | КТ352А | 4 | 800 | 82 | КТ352Б | 8 | 200 |
33 | ГТ122А | 4 | 300 | 83 | КТ315В | 10 | 300 |
34 | ГТ308В | 8 | 100 | 84 | КТ203В | 10 | 20 |
35 | КТ342В | 2 | 30 | 85 | ГТ122Г | 6 | 120 |
36 | КТ373А | 5 | 30 | 86 | ГТ109Б | 6 | 15 |
37 | КТ324А | 6 | 15 | 87 | КТ342В | 3 | 60 |
38 | ГТ320А | 5 | 300 | 88 | ГТ320А | 6 | 300 |
39 | КТ345Б | 8 | 150 | 89 | КТ345В | 12 | 40 |
40 | КТ312А | 10 | 200 | 90 | КТ312В | 10 | 100 |
41 | КТ342Б | 2 | 100 | 91 | КТ301А | 8 | 75 |
42 | ГТ322А | 4 | 150 | 92 | ГТ109А | 4 | 80 |
43 | КТ373В | 3 | 4 | 93 | КТ352Б | 10 | 100 |
44 | КТ3102Г | 10 | 40 | 94 | ГТ308В | 6 | 150 |
45 | КТ315Г | 20 | 100 | 95 | ГТ122В | 8 | 80 |
46 | ГТ109Д | 4,5 | 30 | 96 | КТ301Ж | 12 | 10 |
47 | КТ312Б | 20 | 200 | 97 | ГТ320Б | 3 | 400 |
48 | КТ301Ж | 8 | 20 | 98 | КТ342А | 3 | 200 |
49 | КТ345А | 12 | 150 | 99 | ГТ322А | 6 | 100 |
50 | ГТ308В | 4 | 200 | 100 | КТ312А | 15 | 200 |
Методические указания к выполнению РГР
«Определение h-параметров биполярного транзистора»
Низкочастотные дифференциальные h-параметры транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером, определяются по его вольт-амперным статическим характеристикам.
Параметры h11э и h12э определяют по входным характеристикам в соответствии с выражениями:
при ,
при ,
а параметры h21э и h22э – по выходным характеристикам в соответствии с выражениями:
при ,
при ,
где – входное сопротивление биполярного транзистора; – безразмерный коэффициент внутренней обратной связи по напряжению; – безразмерный коэффициент передачи тока; – выходная проводимость биполярного транзистора; , , , – соответственно, приращения напряжения база–эмиттер и напряжения коллектор–эмиттер, тока базы и тока коллектора в области заданной точки (Uкэ; Iб) вольт-амперных характеристик биполярного транзистора.
Определение h-параметров транзистора по его вольт-амперным характеристикам показано на рис. 2 на примере транзистора КТ312Б для заданной точки с координатами (Uкэ = 12 В; Iб = 0,5 мА).
При выполнении работы исходные координаты заданной точки, в пределах которой следует определить h-параметры транзистора, допускается принять за данные одной из границ принимаемых интервалов приращений токов и напряжений, необходимых для расчета h-параметров.
Расчетные формулы для параметров h11э и h12э в этом случае имеют следующий вид:
,
.
При напряжении Uкэ¹0 В входные характеристики биполярного транзистора практически не зависят от напряжения на коллекторе Uкэ. Поэтому при расчете параметров h11э и h12э все построения и определение приращений , производят с использованием кривой входных характеристик, соответствующей напряжению на коллекторе не равному нулю (в рассматриваемом примере эта зависимость приведена для Uкэ = 5 В). В расчетных формулах при определении параметров h11э и h12э везде подставляется значение напряжения на коллекторе, соответствующее заданному значению координаты точки, в пределах которой необходимо определить h-параметры биполярного транзистора (в нашем примере это Uкэ = 12 В).
Расчетные формулы для параметров h21э и h22э имеют следующий вид:
,
.
Таким образом, для точки с координатами Uкэ = 12 В; Iб = 0,5 мА транзистор КТ312Б имеет следующие значения h-параметров:
h11э = 100 Ом, h12э = 1,42´10–2,
h21э = 60, h22э = 0,33 мСм.
Расчетно-графическая работа
«Расчет источника питания»
Для заданных условий эксплуатации (таблица 4) произвести расчет источника питания, включающего выпрямитель, сглаживающий фильтр, стабилизатор напряжения:
– рассчитать и выбрать элементы электрической схемы источника питания;
– определить напряжение на входе выпрямителя, коэффициент трансформации сетевого трансформатора;
– привести принципиальную электрическую схему источника питания, его временную диаграмму работы.
Оформить работу в соответствии с требованиями приложения 1.
Таблица 4
Варианты заданий РГР
«Расчет источника питания»
№ ва-рианта | U1,B | Uн, B | Iн, мA | Rн, Ом | Вид фильтра | Коэфф. сглаживания |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
1 | 220 | 12 | – | 5000 | C | 1000 |
2 | 220 | 9 | 5 | – | LC | 800 |
3 | 220 | 15 | 10 | – | C | 600 |
4 | 220 | 5,6 | – | 3000 | LC | 500 |
5 | 220 | 3,3 | 20 | – | C | 600 |
6 | 220 | 10 | – | 4500 | LC | 1000 |
7 | 220 | 8 | 12 | – | C | 800 |
8 | 220 | 16 | 30 | – | LC | 500 |
9 | 220 | 14 | – | 2000 | C | 600 |
10 | 220 | 12 | 8 | – | LC | 800 |
11 | 220 | 18 | – | 100 | C | 700 |
12 | 220 | 3,3 | 50 | – | LC | 1000 |
13 | 220 | 10 | – | 750 | C | 600 |
14 | 220 | 22 | 100 | – | LC | 500 |
15 | 220 | 3,9 | – | 150 | C | 800 |
16 | 220 | 13 | 12 | – | LC | 900 |
17 | 220 | 27 | – | 300 | C | 400 |
18 | 220 | 4,7 | 20 | – | LC | 500 |
19 | 220 | 9 | – | 550 | C | 700 |
20 | 220 | 33 | 100 | – | LC | 1000 |
21 | 220 | 5,6 | – | 350 | C | 800 |
22 | 220 | 11 | 8 | – | LC | 900 |
Продолжение табл. 4
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
23 | 220 | 39 | – | 1000 | C | 700 |
24 | 220 | 6,8 | 15 | – | LC | 500 |
25 | 220 | 18 | – | 1200 | C | 600 |
26 | 220 | 47 | 50 | – | LC | 800 |
27 | 220 | 7,5 | – | 2500 | C | 400 |
28 | 220 | 22 | 15 | – | LC | 600 |
29 | 220 | 56 | – | 2000 | C | 1000 |
30 | 220 | 8,2 | 5 | – | LC | 800 |
31 | 220 | 24 | – | 2000 | C | 500 |
32 | 220 | 68 | 30 | – | LC | 700 |
33 | 220 | 9,1 | – | 2000 | C | 900 |
34 | 220 | 27 | 12 | – | LC | 800 |
35 | 220 | 82 | – | 4000 | C | 600 |
36 | 220 | 10 | 4 | – | LC | 400 |
37 | 220 | 30 | – | 3500 | C | 1000 |
38 | 220 | 100 | 20 | – | LC | 500 |
39 | 220 | 12 | – | 3500 | C | 700 |
40 | 220 | 36 | 8 | – | LC | 900 |
41 | 220 | 180 | – | 18000 | C | 800 |
42 | 220 | 15 | 2 | – | LC | 700 |
43 | 220 | 5,6 | – | 150 | C | 400 |
44 | 220 | 150 | 13 | – | LC | 600 |
45 | 220 | 3,3 | – | 50 | C | 1000 |
46 | 220 | 6,8 | 300 | – | LC | 500 |
47 | 220 | 130 | – | 8000 | C | 800 |
48 | 220 | 3,9 | 100 | – | LC | 600 |
49 | 220 | 8,2 | – | 40 | C | 700 |
50 | 220 | 120 | 18 | – | LC | 1000 |
51 | 220 | 4,7 | – | 70 | C | 400 |
52 | 220 | 10 | 250 | – | LC | 900 |
53 | 220 | 33 | – | 750 | C | 600 |
54 | 220 | 5,6 | 50 | – | LC | 700 |
55 | 220 | 12 | – | 650 | C | 800 |
56 | 220 | 27 | 70 | – | LC | 400 |
57 | 220 | 6,8 | – | 150 | C | 600 |
58 | 220 | 15 | 200 | – | LC | 1000 |
59 | 220 | 33 | – | 850 | C | 450 |
60 | 220 | 8,2 | 40 | – | LC | 650 |
61 | 220 | 120 | – | 6000 | C | 800 |
62 | 220 | 39 | 65 | – | LC | 500 |
Окончание табл. 4
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
63 | 220 | 10 | – | 250 | C | 400 |
64 | 220 | 22 | 75 | – | LC | 900 |
65 | 220 | 47 | – | 1000 | C | 700 |
66 | 220 | 12 | 25 | – | LC | 550 |
67 | 220 | 27 | – | 550 | C | 1000 |
68 | 220 | 56 | 35 | – | LC | 750 |
69 | 220 | 15 | – | 850 | C | 400 |
70 | 220 | 33 | 40 | – | LC | 800 |
71 | 220 | 68 | – | 3000 | C | 600 |
72 | 220 | 11 | 10 | – | LC | 500 |
73 | 220 | 39 | – | 80 | C | 1000 |
74 | 220 | 82 | 20 | – | LC | 700 |
75 | 220 | 5,6 | – | 300 | C | 900 |
76 | 220 | 12 | – | 5000 | LC | 600 |
77 | 220 | 100 | 15 | – | C | 400 |
78 | 220 | 13 | – | 2500 | LC | 800 |
79 | 220 | 82 | 20 | – | C | 200 |
80 | 220 | 3,3 | 35 | – | LC | 700 |
81 | 220 | 56 | – | 1500 | C | 300 |
82 | 220 | 4,7 | 25 | – | LC | 900 |
83 | 220 | 47 | – | 1000 | C | 500 |
84 | 220 | 6,8 | – | 250 | LC | 800 |
85 | 220 | 39 | 45 | – | C | 400 |
86 | 220 | 3,9 | 30 | – | LC | 700 |
87 | 220 | 33 | – | 500 | C | 300 |
88 | 220 | 5,6 | – | 300 | LC | 1000 |
89 | 220 | 27 | 90 | – | C | 200 |
90 | 220 | 8,2 | – | 20 | LC | 500 |
91 | 220 | 22 | – | 150 | C | 900 |
92 | 220 | 6,8 | 450 | – | LC | 300 |
93 | 220 | 18 | – | 100 | C | 800 |
94 | 220 | 5,6 | – | 10 | LC | 400 |
95 | 220 | 15 | 200 | – | C | 600 |
96 | 220 | 4,7 | 75 | – | LC | 500 |
97 | 220 | 12 | – | 45 | C | 700 |
98 | 220 | 3,9 | – | 50 | LC | 300 |
99 | 220 | 10 | 350 | – | C | 800 |
100 | 220 | 3,3 | 90 | – | LC | 900 |
Методические указания по выполнению РГР
«Расчет источника питания»
1. Согласно заданной структуре выпрямительного устройства произвести выбор электрических схем – выпрямителя, сглаживающего фильтра, стабилизатора напряжения:
– в качестве выпрямителя однофазного напряжения целесообразно использовать двухполупериодный мостовой выпрямитель, обладающий коэффициентом пульсаций меньше, чем у однополупериодного выпрямителя, и не требующий дополнительного вывода обмотки трансформатора, как в случае двухполупериодного выпрямителя с выводом средней точки обмотки трансформатора;
– сглаживающий фильтр, подключаемый к выходу выпрямителя, согласно заданию, может быть емкостным или LC-фильтром;
– в качестве стабилизатора напряжения возможно использование параметрического стабилизатора.
2. Расчет выпрямительного устройства производят со стабилизатора напряжения. Для заданных параметров нагрузочного устройства (Uн; Iн; Rн) по справочно-нормативной литературе выбирают стабилитрон, главным образом, по напряжению на нагрузочном устройстве Uн и току нагрузки Iн . Номинальное напряжение стабилизации стабилитрона должно соответствовать напряжению на нагрузочном устройстве Uн , максимально допустимый ток стабилизации стабилитрона должен превышать ток нагрузки Iн примерно в два раза.
Расчет производится согласно уравнению электрического состояния параметрического стабилизатора:
,
где – балластное сопротивление; .
Ток стабилизации должен соответствовать номинальному току стабилизации , значение которого указывается в паспортных данных стабилитрона.
Напряжение обычно на 30–50 % больше ; при напряжениях стабилизации менее 5 В может превышать в 2 раза.
В результате расчетов определяют: электрические параметры стабилизатора ( ; ) и значение сопротивления , величину входного напряжения стабилизатора Uвх, номинальное значение сопротивления и рассеиваемой мощности балластного резистора в соответствии с нормированными значениями этих величин.
В заключение расчета стабилизатора проверяют работоспособность выбранного стабилитрона при работе стабилизатора в режиме холостого хода (Rн = ¥), при этом и (мощность, рассеиваемая на стабилитроне) не должны превышать соответствующих предельно допустимых значений тока стабилизации и рассеиваемой мощности для выбранного стабилитрона.
3. Расчет сглаживающего фильтра (СФ) производится на основе заданной величины коэффициента сглаживания q.
Значение емкости конденсатора емкостного СФ определяют с помощью формул:
,
где – коэффициент пульсаций на входе СФ, равный коэффициенту пульсаций выходного напряжения выпрямителя; – коэффициент пульсаций на выходе СФ:
,
где – частота выпрямленного пульсирующего напряжения на выходе выпрямителя; – постоянная цепи разряда, равная ;
, .
Значения параметров элементов LC-фильтра определяют из соотношения
Задавая значение, например, индуктивности , для заданного значения q вычисляют величину емкости .
По результатам расчетов необходимо задать значения номинальной величины индуктивности , емкости и рабочего напряжения конденсатора в соответствии с нормированными значениями этих величин.
4. Исходными данными для расчета двухполупериодного выпрямителя служат: входное напряжение параметрического стабилизатора и его входной ток, равный . В результате расчетов осуществляют выбор диодов соответствующей марки и определяют коэффициент трансформации k трансформатора.
В случае применения в выпрямительном устройстве сглаживающего фильтра действующее напряжение вторичной обмотки трансформатора определяется как
.
Обратное максимальное напряжение на диодах выпрямителя численно равно , а среднее значение прямого тока, протекающего через диод в прямом направлении, .
Выбор выпрямительных диодов рассчитываемого выпрямителя производится из условия
;
,
где – максимальный прямой ток, который способен диод пропустить в прямом направлении; – максимальное допустимое значение обратного напряжения, действующее на диод в обратном направлении.
Расчетно-графическая работа
«Расчет усилительных каскадов»
Произвести расчет усилительного каскада на биполярном транзисторе в соответствии с вариантом задания:
– определить рабочую область транзистора;
– определить h-параметры транзистора по его вольт-амперным характеристикам;
– для заданной схемы усилительного каскада, коэффициента усиления по напряжению KU, Rн=¥ расcчитать элементы усилительного каскада, задающие положение рабочей точки: Ек; Rк; Rэ; Сэ; Rб (R1, R2); С1; С2; KI; KU (для каскада с ОК); определить его параметры – Uк0; Iк0; Uб0; Iб0; Rвх; Rвых;
– привести принципиальную электрическую схему усилительного каскада.
Вольт-амперные характеристики транзисторов приведены в приложении 3.
Оформить работу в соответствии с требованиями приложения 1.
Таблица 5
Варианты заданий РГР
«Расчет усилительных каскадов»
№ ва-рианта | Тип транзистора | Вид схемы | KU | Предельные параметры транзистора | ||
Рк max, мВт | Uк max, В | Iк max, мА | ||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
1 | ГТ109Б | ОЭ с термостаб-цией | 100 | 30 | 6 | 20 |
2 | ГТ308А | ОЭ | 300 | 150 | 12 | 50 |
3 | КТ120А | ОЭ с термостаб-цией | 200 | 10 | 10 | 10 |
4 | ГТ320А | ОК | – | 200 | 12 | 150 |
5 | КТ301В | ОЭ с термостаб-цией | 250 | 150 | 30 | 10 |
6 | ГТ322Б | ОЭ | 300 | 50 | 25 | 10 |
7 | КТ342Б | ОК | – | 250 | 25 | 50 |
8 | ГТ322А | ОЭ с термостаб-цией | 250 | 50 | 25 | 10 |
9 | КТ312В | ОК | – | 225 | 20 | 30 |
10 | КТ315А | ОЭ с термостаб-цией | 250 | 150 | 25 | 100 |
11 | КТ373Г | ОЭ | 500 | 150 | 60 | 50 |
12 | КТ301Ж | ОЭ с термостаб-цией | 200 | 150 | 20 | 10 |
13 | ГТ109А | ОЭ | 200 | 30 | 6 | 20 |
14 | ГТ122В | ОК | – | 150 | 20 | 20 |
Продолжение табл. 5
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
15 | ГТ320Б | ОЭ | 300 | 200 | 11 | 150 |
16 | КТ312А | ОЭ с термостаб-цией | 100 | 225 | 20 | 30 |
17 | КТ352Б | ОК | – | 300 | 15 | 50 |
18 | КТ342А | ОЭ с термостаб-цией | 200 | 250 | 30 | 50 |
19 | КТ301А | ОК | – | 150 | 20 | 10 |
20 | ГТ308В | ОЭ | 300 | 150 | 12 | 50 |
21 | ГТ109Д | ОЭ с термостаб-цией | 100 | 30 | 6 | 20 |
22 | КТ373Б | ОЭ | 400 | 150 | 25 | 50 |
23 | КТ3102Б | ОК | – | 250 | 50 | 100 |
24 | КТ345В | ОЭ | 350 | 300 | 20 | 200 |
25 | ГТ122А | ОЭ | 300 | 150 | 35 | 20 |
26 | ГТ308Б | ОК | – | 150 | 12 | 50 |
27 | КТ342В | ОЭ | 500 | 250 | 10 | 50 |
28 | КТ203Б | ОЭ с термостаб-цией | 300 | 150 | 30 | 10 |
29 | КТ312Б | ОЭ | 300 | 225 | 35 | 30 |
30 | ГТ109В | ОК | – | 30 | 6 | 20 |
31 | КТ352А | ОЭ | 350 | 300 | 15 | 50 |
32 | КТ345Б | ОК | – | 300 | 20 | 200 |
33 | КТ373А | ОЭ с термостаб-цией | 300 | 150 | 30 | 50 |
34 | КТ301Б | ОК | – | 150 | 30 | 10 |
35 | КТ324А | ОЭ | 300 | 15 | 10 | 20 |
36 | КТ3102Г | ОЭ | 400 | 250 | 20 | 100 |
37 | КТ315Б | ОЭ с термостаб-цией | 400 | 150 | 20 | 100 |
38 | ГТ320А | ОЭ | 300 | 200 | 12 | 150 |
39 | КТ301 | ОК | – | 150 | 20 | 10 |
40 | КТ352Б | ОЭ с термостаб-цией | 300 | 300 | 15 | 50 |
41 | КТ203В | ОЭ | 200 | 150 | 15 | 10 |
42 | ГТ109Б | ОК | – | 30 | 6 | 20 |
43 | КТ342Б | ОЭ с термостаб-цией | 250 | 250 | 25 | 50 |
44 | КТ3102А | ОК | – | 250 | 50 | 100 |
45 | КТ312В | ОЭ | 200 | 225 | 20 | 30 |
46 | КТ345В | ОК | – | 300 | 20 | 200 |
47 | ГТ122Г | ОЭ с термостаб-цией | 100 | 150 | 20 | 20 |
48 | КТ315В | ОЭ | 200 | 150 | 40 | 100 |
49 | КТ301Г | ОЭ с термостаб-цией | 200 | 150 | 20 | 10 |
50 | КТ312Б | ОК | – | 225 | 35 | 30 |
51 | ГТ320В | ОЭ | 200 | 200 | 9 | 150 |
52 | ГТ109А | ОЭ с термостаб-цией | 100 | 30 | 6 | 20 |
53 | КТ373Г | ОК | – | 150 | 60 | 50 |
Продолжение табл. 5
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
54 | КТ324Б | ОЭ с термостаб-цией | 150 | 15 | 10 | 10 |
55 | КТ3102А | ОЭ | 350 | 250 | 50 | 100 |
56 | ГТ109В | ОЭ с термостаб-цией | 200 | 30 | 6 | 20 |
57 | КТ373А | ОЭ | 400 | 150 | 30 | 50 |
58 | КТ342В | ОК | – | 250 | 10 | 50 |
59 | ГТ322Б | ОЭ с термостаб-цией | 200 | 50 | 25 | 10 |
60 | КТ301А | ОЭ с термостаб-цией | 300 | 150 | 20 | 10 |
61 | КТ345А | ОЭ с термостаб-цией | 200 | 300 | 20 | 200 |
62 | КТ3102Г | ОК | – | 250 | 20 | 100 |
63 | ГТ320А | ОЭ | 200 | 200 | 12 | 150 |
64 | КТ312Б | ОЭ с термостаб-цией | 250 | 225 | 35 | 30 |
65 | КТ315А | ОК | – | 150 | 25 | 100 |
66 | ГТ308В | ОЭ с термостаб-цией | 150 | 150 | 12 | 50 |
67 | ГТ322А | ОК | – | 50 | 25 | 10 |
68 | ГТ109Д | ОЭ | 200 | 30 | 6 | 20 |
69 | ГТ122А | ОЭ с термостаб-цией | 300 | 150 | 35 | 20 |
70 | КТ301Ж | ОК | – | 150 | 20 | 10 |
71 | КТ315Б | ОЭ | 300 | 150 | 20 | 100 |
72 | КТ373Б | ОК | – | 150 | 25 | 50 |
73 | КТ3102В | ОЭ с термостаб-цией | 300 | 250 | 30 | 100 |
74 | ГТ308А | ОК | – | 150 | 12 | 50 |
75 | КТ345Б | ОЭ | 300 | 300 | 20 | 200 |
76 | ГТ320В | ОК | – | 200 | 9 | 150 |
77 | КТ373В | ОЭ | 500 | 150 | 10 | 50 |
78 | ГТ109А | ОК | – | 30 | 6 | 20 |
79 | ГТ122Б | ОК | – | 150 | 20 | 20 |
80 | КТ203Б | ОК | – | 150 | 30 | 10 |
81 | КТ301В | ОЭ | 300 | 150 | 30 | 10 |
82 | КТ315Г | ОЭ с термостаб-цией | 250 | 150 | 35 | 100 |
83 | КТ342Б | ОЭ | 400 | 250 | 25 | 50 |
84 | КТ312А | ОК | – | 225 | 20 | 30 |
85 | КТ352А | ОЭ с термостаб-цией | 200 | 300 | 15 | 50 |
86 | КТ373А | ОК | – | 150 | 30 | 50 |
87 | КТ324А | ОК | – | 15 | 10 | 20 |
88 | ГТ320Б | ОЭ с термостаб-цией | 250 | 200 | 11 | 150 |
89 | КТ315В | ОК | – | 150 | 40 | 100 |
90 | ГТ109В | ОЭ | 150 | 30 | 6 | 20 |
91 | ГТ308В | ОК | – | 150 | 12 | 50 |
92 | КТ301Б | ОЭ | 300 | 150 | 30 | 10 |
93 | КТ342А | ОК | – | 250 | 30 | 50 |
Окончание табл. 5
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
94 | КТ315Г | ОЭ | 400 | 150 | 35 | 100 |
95 | КТ345А | ОК | – | 300 | 20 | 200 |
96 | КТ352Б | ОЭ | 350 | 300 | 15 | 50 |
97 | КТ373В | ОЭ с термостаб-цией | 300 | 150 | 10 | 50 |
98 | КТ3102Д | ОЭ | 500 | 250 | 30 | 100 |
99 | КТ312Б | ОК | – | 225 | 35 | 30 |
100 | ГТ308Б | ОЭ с термостаб-цией | 100 | 150 | 12 | 50 |
Методические указания по выполнению РГР
«Расчет усилительных каскадов»
Для обеспечения продолжительной и надежной работы биполярного транзистора в электронных устройствах необходимо, чтобы его режимы работы не выходили за пределы рабочей области характеристик.
Границы рабочей области транзистора определяются согласно следующим условиям:
а) ;
б) ;
в) ,
где Ркmax, Uкmax, Iкmax – предельные допустимые параметры транзистора: Ркmax – максимально допустимая рассеиваемая мощность на коллекторе транзистора, Вт; Uкmax – максимально допустимое напряжение на коллекторе транзистора, В; Iкmax – максимально допустимый ток коллектора, А.
Отображение границ рабочей области производится соответствующим образом на выходных вольт-амперных характеристиках транзистора. Например, для транзистора КТ312Б предельно допустимые параметры равны: Ркmax = 225 мВт, Uкmax = 35 В, Iкmax = 30 мА, а его рабочая область будет иметь вид, показанный на рис. 3, б. Эта область ограничена линиями Ркmax, Iкmax и непоказанной линией Uкmax = 35 В, проходящей правее поля графика выходных характеристик транзистора.
По вольт-амперным характеристикам в пределах центральной части рабочей области транзистора определяют его h-параметры примерно в окрестности точки А (рис. 3, б). Методика расчета h-параметров транзистора подробно описана в методических указаниях к РГР № 3 данного учебно-методического пособия (с. 16).
Заданием расчетно-графической работы предусмотрен расчет усилительного каскада на биполярном транзисторе, включенном по одной из схем: с общим эмиттером (ОЭ), с общим эмиттером с температурной стабилизацией и с общим коллектором (ОК), работающим в режиме усиления гармонического (апериодического) сигнала.
Усилительный каскад с ОЭ является одним из наиболее распространенных усилительных каскадов, в котором эмиттер является общим электродом для входной и выходной цепей.
На рис. 4 приведена схема усилительного каскада с ОЭ на биполярном транзисторе структуры n-p-n. На резисторе Rк, включенном в коллекторную цепь транзистора VT, создается выходное напряжение Uвых. Резистор Rб, включенный в цепь базы, задает положение рабочей точки биполярного транзистора, обеспечивает требуемую работу транзистора в режиме покоя, т. е. в отсутствие входного сигнала.
Согласно II закону Кирхгофа уравнение электрического состояния для выходной (коллекторной) цепи усилительного каскада имеет вид:
, (1)
т. е. напряжение источника питания Ек распределяется на падение напряжения на резисторе Rк и напряжение между коллектором и эмиттером транзистора Uкэ.
Если из уравнения (1) выразить ток Iк, то полученное соотношение есть так называемое уравнение нагрузочной прямой:
. (2)
Построение нагрузочной прямой производится по двум точкам: Uкэ = Ек при Iк = 0 и при Uкэ = 0, и она должна проходить в пределах рабочей области транзистора (рис. 3, б). Точки пересечения нагрузочной прямой с выходными характеристиками транзистора дают графическое решение уравнения (2) для данного сопротивления Rк и различных значений тока базы Iб.
Значение сопротивления Rк определяется из достижения требуемого коэффициент усиления по напряжению KU для рассчитываемого каскада. Для случая, когда Rн=¥,
.
При отсутствии входного сигнала работа транзистора характеризуется так называемым режимом покоя, который определяется положением исходной рабочей точки на нагрузочной прямой усилительного каскада, характеризующейся параметрами: Uк0; Iк0; Uб0; Iб0.
При усилении гармонического (или же апериодического) сигнала положение рабочей точки задается на середине нагрузочной прямой (точка А на рис. 3, б).
Конденсатор С1 служит для подключения к входу усилительного каскада источника переменного напряжения Uвх и предохраняет его от постоянной составляющей тока базы.
Конденсатор С2 на выходе усилителя обеспечивает выделение из напряжения на коллекторе транзистора VT переменной составляющей выходного напряжения Uвых, которое может являться входным сигналом следующего усилительного каскада или же поступать на некоторое нагрузочное устройство сопротивлением Rн.
Усилительный каскад с ОЭ с температурной стабилизацией
Существенным недостатком транзисторов является их зависимость от температуры. С ростом температуры из-за возрастания числа неосновных носителей заряда в полупроводнике увеличивается коллекторный ток транзистора. Это приводит к изменению выходных характеристик транзистора и уменьшению напряжения на его коллекторе. Что вызывает смещение рабочей точки транзистора, которая может выйти за пределы линейного участка характеристик транзистора, нарушая нормальную работу усилителя.
Для уменьшения влияния температуры на работу усилительного каскада с ОЭ в эмиттерную цепь транзистора включают резистор Rэ, шунтированный конденсатором Cэ (рис. 5). В цепи базы для создания начального напряжения смещения Uбэ между базой и эмиттером применяют делитель напряжения R1, R2.
На рис. 5 приведена схема усилительного каскада с ОЭ с температурной стабилизацией на биполярном транзисторе структуры p-n-p.
Увеличение коллекторного тока транзистора, согласно соотношению , вызывает повышение тока эмиттера Iэ, что приводит в свою очередь к увеличению падения напряжения на резисторе Rэ. Такое повышение напряжения на Rэ вызывает в свою очередь снижение напряжения между базой и эмиттером транзистора Uбэ, в соответствии с выражением
,
где напряжение – величина постоянная.
Снижение потенциала базы Uбэ по отношению к потенциалу эмиттера вызывает уменьшение тока базы транзистора, снижение коллекторного и эмиттерного токов. В результате рабочая точка транзистора практически возвращается в первоначальное положение.
Резистор Rэ не полностью компенсирует рост тока Iк с повышением температуры, но позволяет во много раз снизить это влияние.
Усилительный каскад с ОК (эмиттерный повторитель) – его схема на биполярном транзисторе структуры n-p-n приведена на рис. 6.
В этом каскаде выходное напряжение Uвых снимается с резистора Rэ, включенного в эмиттерную цепь транзистора VT. Коллектор транзистора по переменной составляющей тока и напряжения оказывается непосредственно соединенным с общей точкой усилителя через внутреннее сопротивление источника Ек. Так как падение напряжения на внутреннем сопротивлении Ек от переменной составляющей тока незначительно, можно считать, что входное напряжение Uвх подается между базой и коллектором через конденсатор С1, а выходное напряжения Uвых, равное падению напряжения на резисторе Rэ от переменной составляющей эмиттерного тока, снимается между эмиттером и коллектором через конденсатор С2.
Усилительный каскад с ОК имеет коэффициент усиления по напряжению немного меньше единицы, его входное и выходное напряжения совпадают по фазе, поэтому его часто называют эмиттерный повторитель. От усилительного каскада с ОЭ его отличает высокое входное и низкое выходное сопротивление.
А) Порядок расчета усилительного каскада с ОЭ.
1. По справочно-нормативной литературе определить структуру заданного транзистора и в соответствии с ней и заданием привести принципиальную электрическую схему усилительного каскада.
2. Определить рабочую область транзистора и указать ее границы на его вольт-амперных характеристиках (ВАХ транзисторов приведены в приложении 3) согласно следующим условиям:
а) ;
б) ;
в) .
3. По вольт-амперным характеристикам в пределах центральной части рабочей области транзистора определить его h-параметры.
4. Задать напряжение источника питания Ек из условия . Отметить данное значение на выходных характеристиках транзистора.
5. Рассчитать Rк для заданного значения коэффициента усиления KU из соотношения
.
Задать номинальное значение Rк в соответствии с нормированными значениями этих величин.
6. Построить нагрузочную прямую. Соединить прямой линией точки Ек и I¢к на выходных характеристиках транзистора:
.
7. На нагрузочной прямой задать положение рабочей точки усилительного каскада, определить ее режимы (координаты): Iко, Uкэо, Iбо, Uбэо.
Для режимов рабочей точки рассчитать значение ЭДС источника питания Ек, которое должно незначительно отличаться от заданного значения Ек в п. 4:
.
8. Рассчитать Rб из уравнения электрического состояния входной цепи по постоянному току:
.
Задать номинальное значение Rб в соответствии с нормированными значениями этих величин.
9. Произвести расчет и выбор номинальной мощности сопротивлений Rк, Rб согласно формулам
;
.
Выбрать номинальное значение мощности резисторов Rк, Rб в соответствии с нормированными значениями этих величин.
10. Рассчитать входное и выходное сопротивления Rвх и Rвых усилительного каскада:
, .
11. Рассчитать величину емкости конденсаторов и для данной цепи, задавая нижний предел частоты fн = 20 Гц:
, .
Задать номинальные значения и в соответствии с нормированными значениями этих величин.
Б) Порядок расчета усилительного каскада с ОЭ с температурной стабилизацией.
Выполнить первые пять пунктов расчета усилительного каскада с ОЭ.
6. Построить нагрузочную прямую. Соединить прямой линией точки Ек и I¢к на выходных характеристиках транзистора:
.
Сопротивление резистора Rэ определяется из соотношения или принимается равным в пределах 200–400 Ом.
7. На нагрузочной прямой задать положение рабочей точки усилительного каскада, определить ее режимы (координаты): Iко, Uкэо, Iбо, Uбэо.
Для режимов рабочей точки рассчитать значение ЭДС источника питания Ек, которое должно незначительно отличаться от заданного значения Ек в п. 4:
, (1)
но так как , а как правило , то можно считать , следовательно, уравнение электрического состояния выходной цепи усилительного каскада по постоянному току (1) примет вид
.
8. Рассчитать R1 и R2 из уравнения электрического состояния входной цепи по постоянному току:
, (2)
где Iд – ток делителя, величину которого для маломощных транзисторов определяют согласно условию .
При этом ток делителя не должен превышать 10–15 % тока коллектора Iко.
Рассчитать R2 из соотношения
,
а затем из уравнения (2) рассчитать R1.
Задать номинальное значение R1 и R2 в соответствии с нормированными значениями этих величин.
9. Произвести расчет и выбор номинальной мощности сопротивлений Rк, Rэ, R1 и R2 согласно формулам
, ,
, .
Выбрать номинальное значение рассеиваемой мощности резисторов в соответствии с нормированными значениями этих величин.
10. Рассчитать входное и выходное сопротивления Rвх и Rвых усилительного каскада:
, .
11. Рассчитать величину емкости конденсаторов , и для данной цепи, задавая нижний предел частоты fн = 20 Гц:
, , .
Задать номинальные значения , и в соответствии с нормированными значениями этих величин.
В) Порядок расчета усилительного каскада с ОК.
Выполнить первые четыре пункта расчета усилительного каскада с ОЭ.
5. На выходных характеристиках транзистора через точку Ек провести нагрузочную прямую в пределах рабочей области транзистора. Определить точку I¢к (точка пересечения нагрузочной прямой с осью коллекторного тока выходных характеристик транзистора).
6. Рассчитать Rэ из соотношения .
Задать номинальное значение Rэ в соответствии с нормированными значениями этих величин.
7. На нагрузочной прямой задать положение рабочей точки усилительного каскада, определить ее режимы: Iко, Uкэо, Iбо, Uбэо.
Принимая во внимание , для режимов рабочей точки рассчитать значение ЭДС источника питания Ек, которое должно незначительно отличаться от заданного значения Ек в п. 4:
.
8. Рассчитать Rб из уравнения электрического состояния входной цепи по постоянному току:
.
Задать номинальное значение Rб в соответствии с нормированными значениями этих величин.
9. Произвести расчет и выбор номинальной мощности сопротивлений Rб и Rэ.
10. Для усилительного каскада с ОК рассчитать коэффициент усиления по напряжению KU из соотношения
.
11. Рассчитать входное и выходное сопротивления Rвх и Rвых усилительного каскада:
, .
12. Определить коэффициент усиления по току KI:
.
13. Рассчитать величину емкости конденсаторов и и задать их номинальные значения аналогично п. 11 расчета усилительного каскада с ОЭ.
Список литературы
1. Гусев, В. Г. Электроника и микропроцессорная техника : учебник для вузов / В. Г. Гусев, Ю. М. Гусев. – М. : Высш. шк., 2006.
2. Миловзоров, О. В. Электроника : учебник для вузов / О. В. Миловзоров, И. Г. Панков. – 3-е изд., стер. – М. : Высш. шк., 2006.
3. Киселев, В. И. Электротехника и электроника : учебник для вузов. В 3 кн. / В. И. Киселев, А. И. Копылов, Э. В. Кузнецов и др. ; под ред. проф. В. Г. Герасимова. – М. : Энергоатомиздат, 1997.
4. Кононенко, В. В. Практикум по электротехнике и электронике : учеб. пособие для вузов / В. В. Кононенко, В. В. Мишкович,
В. В. Муханов, В. Ф. Планидин, П. М. Чеголин. ; под ред. В. В. Кононенко. – Ростов н/Д : Феникс, 2007.
5. Рекус, Г. Г. Сборник задач и упражнений по электротехнике и основам электроники : учеб. пособие для неэлектротехн. спец. вузов / Г. Г. Рекус, А. И. Белоусов. – 2-е изд., перераб. – М. : Высш. шк., 2001.
6. Баюков, А. В. Полупроводниковые приборы : Диоды, тиристоры, оптоэлектронные приборы : справочник / А. В. Баюков,
А. Б. Гитцевич, А. А. Зайцев и др. ; под общ. ред. Н. Н. Горюнова. – М. : Энергоатомиздат, 1987.
7. Горинова, С. В. Электрические схемы : метод. указ. по курсу «Инженерная графика» / С. В. Горинова, Э. Р. Ахмедзянов. – Ижевск : Изд-во ИжГТУ, 2003. – 28 с.
8. ГОСТ 2.105–95. Общие требования к текстовым документам.
Приложение 1
Содержание и оформление расчетно-графической работы
Расчетно-графическая работа (РГР) оформляется в виде пояснительной записки и графического материала на листах формата А4 в полном соответствии с ЕСКД [7, 8].
Пояснительная записка – это документ, в котором приводятся все расчетные формулы, вычисления, чертеж электрической принципиальной схемы устройства (на листе формата А4).
В РГР № 4 на отдельном листе формата А4 приводится временная диаграмма работы выпрямительного устройства.
В РГР № 5 на листе формата А4 на вольт-амперных характеристиках транзистора карандашом, аккуратно производятся все построения для определения h-параметров транзистора, границы рабочей области транзистора, нагрузочная прямая, положение рабочей точки усилительного каскада.
Для рассчитанных элементов электрической схемы R, C, L необходимо задать номинальные их значения в соответствии с нормированными значениями этих величин.
Последовательность размещения материала в пояснительной записке: титульный лист, задание на РГР с обязательным содержанием перечня выполняемых работ и таблицей исходных данных для расчетов, текстовая часть, содержащая расчеты и их результаты, графический материал (электрическая принципиальная схема устройства, временная диаграмма работы устройства, вольт-амперные характеристики транзистора со всеми построениями).
Титульный лист выполняется в соответствии с приложением 2.
Текст расчетно-графической работы оформляется аккуратно чернилами (пастой) одного цвета (черного, синего, фиолетового). Использовать выделение текста цветом в документах не разрешается. При написании текста необходимо оставлять поля: слева – 25 мм; справа – 10 мм; сверху – 15 мм; снизу – 20 мм.
Электрические принципиальные схемы выполняются в полном соответствии с ЕСКД [7].
Листы записки должны быть пронумерованы и подшиты. Нумерация страниц сквозная. Номер страницы проставляется арабскими цифрами в нижнем правом углу страницы. При нумерации страниц титульный лист считается первой страницей, задание – второй страницей. Номера на этих страницах не ставятся.
Приложение 2
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Ижевский государственный технический университет»
Кафедра «Электротехника»
РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА №__
________________________________________
(наименование работы)
Вариант №___
Выполнил:
Ф. И. О. студента
номер группы
Принял:
Ф. И. О. преподавателя
Ижевск 2009
Приложение 3
Вольт-амперные характеристики биполярных транзисторов
ОГЛАВЛЕНИЕ
1. Расчетно-графическая работа
«Расчет однофазного выпрямителя» …………………………... 3
2. Расчетно-графическая работа
«Расчет стабилизатора напряжения» ……………………..…… 9
3. Расчетно-графическая работа
«Определение h-параметров биполярного транзистора» …… 14
4. Расчетно-графическая работа
«Расчет источника питания» ………………………………….. 19
5. Расчетно-графическая работа
«Расчет усилительных каскадов» …………………………..… 25
Список литературы ……………………………………………… 38
Приложение 1 ……………………………………………………. 39
Приложение 2…………………………………………………….. 40
Приложение 3…………………………………………………….. 41
Учебное издание
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА
Учебно-методическое пособие для студентов
неэлектрических направлений
2-е издание, исправленное и дополненное
ШтенниковИгорь Валентинович
ПимановаОльга Владимировна
(составление)
В редакции составителей
Корректор О. Н. Шутова
(обложка)
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА
Учебно-методическое пособие для студентов
неэлектрических направлений
Дата добавления: 2018-02-18; просмотров: 6453; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!