11. Расчет параметров ограничительного (балластного) резистора R б .
12. Сопротивление ограничительного резистора Rб:
Rб = (Uср - UcтТ)/(Iст.ср + Iн); Rб = 810 Ом.
13. Мощность, рассеиваемая на Rб при средних значениях тока через стабилитрон и нагрузку:
Р Rб = Rб(Iн + Iст.ср)2; Р Rб = 0,166 Вт.
14. Оценка диапазона входных напряжений, при которых реализуется стабилизация.
15. Расчетное минимальное значение входного напряжения Umin р:
Umin р = Ucт + (Iст min + Iн)Rб; Umin р = 12,3 В.
16. Расчетное максимальное значение входного напряжения Umax р:
Umax р = Ucт + (Iст max + Iн)Rб; Umax р = 36,2 В.
17. Делаем вывод, что стабилизация реализуется во всем диапазоне изменений входных напряжений U .
18. Оценка различных параметров стабилизации.
19. Коэффициент стабилизации Kстu по напряжению определяется при Uвх = Uср с учетом того, что DUвх = rдифDI; DUвых = [rдифRн/(rдиф+Rн)]DI:
;
Kстu = 13,6.
20. КПД стабилизатора при Uвх = Uср:
; h = 11,2 %
21. Линия нагрузки для балластного резистора Rб описывается уравнением электрического состояния цепи стабилизатора напряжения (в режиме холостого хода при Rн ® ¥): Uвх = Uср = UстТ + RбIстср.
22. Координаты точки А (рис. 5.1, в): напряжение на Rб при Iст = 0
равно Uср; координаты точки А: (0 мА; 20 В).
22. Координаты точки Б (рис. 5.1, б, в): ток при коротком замыкании стабилитрона Iмах = (Uср − Uст)/Rб:
Iмах = 13,9 мА; координаты точки Б: (13,9 мА; 0 В).
23. Падение напряжения на балластном резисторе Uб при Uвх = Umax:
Uб = Umax − Uст; Uб » 24 − 8,4 = 15,6 В.
24. Падение напряжения на балластном резисторе Uб при Uвх = Umin:
Uб = Umax − Uст; Uб » 16 - 8,4 = 7,6 В.
Задача № 5.2
² Расчет усилительного каскада на транзисторах ²
Усилительные каскады на биполярных и полевых транзисторах приведены на рис. 5.2, 5.4. Параметры схемы приведены в таблицах 5.2, 5.3.
С учетом параметров схемы требуется рассчитать усилительный каскад на транзисторе, работающего в режиме усиления класса А.
Задача № 5.2.1 ² Расчет параметров каскада по схеме ОЭ ²
Транзистор включен в усилительный каскад (режим усиления класса А) по схеме с общим эмиттером (рис. 5.2, а) при ЭДС источника питания Ек. Характеристики транзистора приведены в таблице 5.2 и на рис. 5.3. Известны параметры усилительного каскада и усиливаемого сигнала: постоянная составляющая тока базы Iб0, амплитуда переменной составляющей тока базы Iбm, величины сопротивления Rк, сопротивление нагрузки Rн, максимально допустимая мощность Рк max, нижняя fпн и верхняя fпв частоты полосы пропускания усиливаемых сигналов.
Принять, что каскад работает в нормальных стационарных условиях, поэтому влиянием температуры на режим транзистора можно пренебречь.
Допускается проводить линии характеристик между линиями, представленными на рис. 5.3.
Таблица 5.2
Задание к задаче № 5.2
| Параме- тры | Последняя цифра номера зачетки | Пример | |||||||||
| 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | ||
| Е к , В | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 12 | 13 | 14 | 14 |
| I б0 , мА | 0,4 | 0,35 | 0,3 | 0,25 | 0,3 | 0,35 | 0,4 | 0,45 | 0,4 | 0,35 | 0,3 |
| r к , Ом | 800 | 900 | 1100 | 700 | 800 | 900 | 1000 | 900 | 1200 | 900 | 1000 |
| R н , Ом | 500 | 400 | 600 | 800 | 700 | 800 | 900 | 1000 | 900 | 700 | 1000 |
| Предпоследняя цифра номера зачетки | |||||||||||
| 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | ||
| I б m , мА | 0,2 | 0,25 | 0,3 | 0,35 | 0,3 | 0,25 | 0,2 | 0,25 | 0,3 | 0,35 | 0,2 |
| Р к max , мВт | 180 | 170 | 160 | 150 | 160 | 170 | 180 | 150 | 170 | 180 | 150 |
| f пн , Гц | 90 | 100 | 150 | 200 | 150 | 100 | 90 | 70 | 90 | 110 | 80 |
| f пв , кГц | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 4 | 5 |
а) б)
Рис. 5.2. Схема с ОЭ (а) и необходимые временные диаграммы (б) к задаче 5.2
Рис. 5.3. Входные (а) и выходные (б) характеристики транзистора к задаче № 5.2
С учетом параметров схемы необходимо:
- построить линию Рк max(Uкэ), как функцию напряжения Uкэ;
- построить линию нагрузки как функцию Iкэ(Rк, Uкэ) по постоянному и переменному току.
Определить:
- постоянные составляющие тока Iк0 и напряжения Uкэ0 коллектора;
- амплитуду переменной составляющей тока коллектора Iк0m;
- амплитуду выходного напряжения Uвых m;
- коэффициенты усиления KI, KU, KP;
- выходную мощность Рвых.к, мощность, рассеиваемую на нагрузке постоянной составляющей тока коллектора Рк0,
- полную потребляемую мощность в коллекторной цепи Р0;
- КПД h коллекторной цепи;
- напряжение смещения Uбэ0 и амплитуду входного сигнала Uбэm;
- входную мощность Рвх;
- входное сопротивление сигнала Rвх;
- сопротивление резисторов R1 и R2;
- емкость разделительных конденсаторов С1 и С2, конденсатора в цепи эмиттера Сэ с учетом того, что диапазон усиливаемых колебаний равен (fпн - fпв).
Для исследуемой схемы необходимо нарисовать временные диаграммы параметров, приведенных на рис. 5.2, а.
Следует рассчитать и объяснить физический смысл малосигнальных h-параметров транзистора V Т с учетом его характеристик.
Для электрической схемы, соответствующей номеру варианта и изображенной на рис. 5.2, а, выполнить следующие этапы расчета.
1. Зарисовать схему усилительного каскада, входные и выходные статические характеристики транзистора и записать задание, соответствующее номеру варианта (рис. 5.2, 5,3, табл. 5.2). Описать назначение элементов схемы и принцип ее работы.
2. Определить (рассчитать) следующие параметры.
3. Оценить, соответствует ли выбранный тип транзистора по его предельным рабочим параметрам Uкэ доп и Iк доп (Uкэ доп - наибольшее допустимое напряжение между коллектором и эмиттером транзистора) руководствуясь соотношением: Uкэ доп ³ (1,1...1,3)Е. Из рис. 5.3, б: Uкэ доп = 18 В.