Изъюрова Г.И. Расчёт электронных схем. Примеры и задачи (1987) (1142057), страница 11
Текст из файла (страница 11)
Ответс Кс=32.3; Ки=-32,3; Кг=1040' Я.х=2 кОм; К„„„= 34,1 кОм. 2.42. Доказать, что козффициент усилении транзисторного каскада по мощности может быть выражен следующими формулами: Кр = Ксбр ссо х или Кр = Кхйвх)К . 2.43. Используя Т-образную схему замещения транзистора, доказать, что в усилителе, собранном по схеме ОБ, козффициевт усиления по току КС (СГв+Гб)С(сх+Гб+ сс) входное сопротивление ~вх с э+ сб(1 Кс) выходное сопротивление Г гб(сб+ вг ) вххх Сб + Ск ххх+ С э+ Сб Графоаналитический расчет рабочего режима 2.44. Транзистор включен в усилительный каскад по схеме ОЭ. Каскад питается от одного источника с напряжением Е = = 10 В.
Для подачи смещения в цепь базы используется резистор Ке (рис. 229). Характеристики транзистора изображены на рис. 2.30,а,б. Известно, что постоягшая составляющая тока базы 1щ —— 0,3 мА, амплитуда переменной ссставлязощей тока базы Х„е = 0,2 мА, сопротивление резистора нагр)зки К„= = 500 Ом, а максимально допустимая мощность, рассеиваемая коллектором, Р» 150 мВт. Требуется: а) построить линию Рк,„; б) по выходным характеристикам найти постоянную составляющую тока коллектора 1км постоянную составляющую напряжения коллектор — змиттер Гкзм амплитуду переменной составляющей тока коллектора 1, амплитуду выходного звзпряжения 17 я — — С„, „козффициент усиления по току Кь выходную мощность Р,, мощность, рассеиваемую на нагрузке постоянной. составляющей тока коллектора, Ряь полную потребляемую мощность в коллекторной цепи Р„КПД коллекторной цепи т).
Проверить, не превышает ли мощность Рке, выделяемая на коллекторе в режиме покоя, максимально допустимую моШность Р„,„,„; в) с помощью входных характеристик определить напряхзение смещения авве, амплитуду входного сигнала У г, входную мощность Р, коэффициент усиления по напряжению Ко и по мощности Кр, входное сопротивление каскада К, сопротивление резистора Кв и емкость разделительного конденсатора Ср. Диапазон частот усиливаемых колебаний 80 Гц — 5 кГц. Решение Так как во входной цепи транзистора при любой схеме включения протекает ток, то для расчета рабочего режима транзистора недостаточно 'одного семейства выходных характеристик, а требуется еше семейство, определяющее режим работы входной цепи.
Следует заметить, что в справочниках обычно дана одна входная характеристика, так как входные характеристики, снятые при различных выходных напряжениях, расположены близко друг к другу. Порядок решения задачи следующий. На семействе выходных характеристик строим линию максимально допустимой мощности, используя уравнение 1к =Р Дика~=150.10 зп11кз~.
Подставляя в него значения 1Гкз, равные, например, -7,5," — 10, — 15 и — 20 В, получаем значения 1„, равные 20, 15; 10 и 7,5 мА соответственно. Построенная по этим точкам линия Р .„„„показана на рис. 2.30,6. Затем, используя уравнение линии нагрузки Хк —— (Š— ХХкэ)/Л„, на семейство выходных характеристик наносим линию нагрузки: при Хк — — 0 Х/кэ=Е= — 10  — первая точка линии нагрузки; при ХХкэ = 0 Х« = Е/Я, = 10/500 = =20 мА.— вторая точка линии нагрузкзс Точка пересечения линии нагрузки с характеристикой, соответствующей постоянной составляющей тока базы Хвс —— = 300 мкА, определит рабочую точку.
Ей будут соответствовать постоянная составляющая тока коллектора Хкс=6 мА и постоянная составляющая напряжения ХХкзз = — 7 В. Амплитуду переменной сосгавлягощей тока коллектора определим как среднее значение: Хк „вЂ” Хк 9-10 з — 2.10 з 3,5 мА. 2 2 Дальнейший порядок расчета таков. Амплитуда переменного напряжения на нагрузке ХХ~к = У * = 1 Ея = 3,5 10 '0.5 10 = 1,75 В.
Коэффициент усиления по току Хз Х /Х е 35 10 — з/(02 10-з) 175 Выходная мощность Р, =0,5Х „Х/~=0,5 ° 3,5 ° 10 з 1,75=3 мВт. Полная потребляемая мощность в коллекторной цепи Ро=ЕХко=10.6.10 з 60 мВт. КПД коллекторной цепи т) = Р „/Рс = 3,10-з/(60.10-з) О 05 5 Мощность, рассеиваемая на коллекторе постоянной составляющей коллекторного тока, Ркв — — Хкс(/~в=6 10 '.7 =42 мВт<Р~„,= 150 мВт, г. е. режим работы допустим.
Далее расчет ведем по семейству входных характеристик ,'рис. 2.30, а). Поскольку у транзисторов входные характеристиги расположены близко друг от друга, то в качестве рабочей входной характеристики можно принять одну из статических ° модных характеристик, соогветствуняцую активному режиму, например характеристику, снятую при ХХкэ = -5 В. Это можно сделать в том случае, если источник усиливаемых колебаний работает как генератор тока, т.
е. когда внутреннее сопротивление источника колебаний значительно больше входного сопротивления транзистора. Из графика находим„что ) (7вза) = =0,25 В. Амплитуда входного напряжения Модуль коэффициента усиления. по напряжению )Кс)=(7 /У ~,=1,75/(45 10 )=39. Коэффициент усиления по мощности Кр — — )КзКс) = 39. 17,5 Ф 690. Входная мощность Р,„= 0,57 ~У а =0,5 0,2. 10 '.45 10 ' =4,5 мкВт. Входное сопротивление Я,„=(7„,~Я, =45.10 з7(0,2 10 ')=225 Ом.
Сопротивление резистора Š— )(7, ) 10 — 025 ~6 -з 1 03. 10-з Емкость конденсатора Ср определяется из условия 1 и~ Ср 10 где со„— низшая рабочая частота. тш ф— — — 90 мкФ. гО 10 10 ге„йм 2н7'„г(,„6,28 80 225 2.45. Для рабочей точки усилителя, рассмотренного в задаче 2А4, найти параметры йз,„йзв й,„„г/Ьп Ьп, и узи — — Я и аналитически рассчитать величины Кз, Кш Кр, гг . Решение Рассчитаем параметры в рабочей точке.при (Укз = -7 В и (аз=6 мА: Ы„ йзи= и= Ага и сои По точкам В и Г (рис.
2.30,6) определим 37 10-з и 0,2 ° 10 з =185. По точкам Р и Е определим М„ 822э = ц « Щз 07. 10-з/6 117 мкСм' К = 1/)зззэ = 1/(О1!7 10 ) = 8,5 кОм, параметр А 'вэ о/б и По точкам М и Ат (рис. 2.30,а) определим йп,=40-10 з/(0,19 10 з) =203 Ом. Крутизна характеристики транзистора Б = узь = йзз,/)зть = 18*6/210 = 88 мА/В. С помощью найденных параметров определим искомые значения по приближенным формулам. Коэффициент усиления по току Кт мйн, = 18,5; точнее, кт- — Ьз„а,./(к„+л „)= 185 85 10з/(05 10з+ 85 10з) 175 что сходится с результатом грвфоаналитического расчета Входное сопротивление Я„„щ йп, м 210 Ом.
Козффициент усиления по напряжению Кп яз — Ьзз,й„/зз,з я~ — 18,5 500/2 10 = — 44; точнее, Кп = — 17,5 500/210 = — 41,5. Коэффициент усиления по мощности Кр = ~ КтКс ~ = 17~5 41 5 ~ 725. Влияние температуры ва рабату транзисторов. Цеив пвтаиизь Стабилизация рабочей точки 2А6, У германиевого транзистора при температуре окру жающей среды Т= 20'С ток базы 1в = 80 мкА, обратный ток коллехторного перехода 1кю— - 10 мкА. Предполаая, что ток 1»щ удваивается при увеличении температуры на каждые 10'С, определить ток коллектора в схеме ОЭ при температуре 20, 40 и 60'С. Считать, что коэффициент передачи тока базы )) постоянен в рассматриваемом диапазоне температур и равен 49.
Отвеин 4,4; 5,92; 11,92 мА. 2.47. Чему равна максимально допуспьмая мощность транзистора ГТ108А, находящегося в воздушной среде при температуре Т= 20'С, если тепловое сопротивление переход — окружающая среда й составляет 0,8 К/мВт, а максимально допустимая температура перехода Т„„= 80'С? Решение Температура перехода Т„= Т.+ „Є„ где ҄— температура перехода, 'С; Т,— температура окружающей среды, С; Я вЂ” тепловое сопротивление переход— окружающая среда, К/мВт; Р»э — мошность, выделяемая на эмиттерном и коллекторном переходах, мВт. Считая величину Т„равной Т„„и подставляя числовые значения, получаем Ркэ = (Т вЂ” Т)/й = (80 — 20)/0,8 = 75 мВт. 2АЗ. Некоторый транзистор выделяет на коллекторном переходе мощность Р» = 25 мВт.
Тепловое сопротивление переход — окружшощая среда 11 = 0,5 К/мВт. Какую температуру имеет коллекторный переход, если температура окружающей среды Т, = 40'С? Ответ: 52,5 С. 2.49. Какую температуру будет иметь коллекторный переход транзистора, рассмотренного в предыдущей задаче, если с использованием теплоотвода сопротивление переход — среда уменьшилось до Л», = 0,3 К/мВт? Ошвевп 47,5 'С.
250. Максимально допустимая температура коллекторного перехода транзистора, описанного в задачах 2 48 и 2.49, равна 90 С. Чему равна максимально допустимая мощносп,, выделяемая на коллекгорном переходе без теплоотвода и с теплоотводом при температуре окружаюшей среды Т, = 40'С? Ответ: 100 мВт; 107 мВт. 2.51. На выходных характеристиках транзистора ГТ108А для схемы ОЭ (рис. 2,31) построить линии максимально допустимой мо~цносги при температуре окружаюшей среды 30 и 50'С, если максимально лопустимая температура перехода Т „=80 С и тепловое сопротивление переход — среда К = 0,8 К/мВт.
Решение гомА .4а Найдем максгьмальную мощность, рас- Рис 2.31 сеиваемую в транзисторе при температуре 30'С, по формуле Ркэ =(Т вЂ” Т)/К = (80 — 30)/0,8 = 62,5 мВт. Так как Ркэ (7кэг» то, задаваясь значениями (7кэ, найдем значения тока коллектора по формуле /к = Ркэ ~(/кэ. Полученные результаты привелены ниже: Укэ, В .
. . . . . 1,5 2 3 4 5 6 7 8 10 11 12 гк, мА...... 41,5 31,3 21 15,6 12,5 10,4 9,0 7,8 6,31 5,71 5,2 При температуре Т= 50'С Ркэ — — (80 — 50)/0,8 = 37,5 мВт. Аналогично, задаваясь значениями (7кэ, определяем: Укэ, В . . . . . . 0,9 1 1,5 2 3 4 б 8 10 12 гк, мА..., ..41,6 37,5 25 18,8 12,5 9,4 6,25 4,7 3,8 3,11 Построенные по этим данным кривые показаны на рис. 2.31. 2.52.
Гермаииевый транзистор ГТ108А используется в схеме с оборванной базой. Определить температуру, при которой произойдет тепловой пробой, если транзистор имеет следующие данные: максимально допустимая температура перехода Т =80'С, тегиовое сопротивление переход — среда К = 0,8 К/мВт, обратный ток коллекторнсво перехода 1ква = = 10 мкА при 20'С, коэффициент передачи тока базы 0 = 50 (постоянен в интервале температур ог 20 до 80'С). Напряжение источника Ех = — 10 В. Решение Мощность, рассеиваемая транзистором, Ркэ = (/эк/к. Тогда изменение мощности, вьвваниое изменением температуры, сРкэ сркэ г(Ркэ = ~ — ~(7эк + с г(/к.
(2) 817эк 8(к Но дРкэ — — = (1эк. д1, (4) Следовательно, еркэ = (зэк"1к (5) причем «1к = дж д1кнь тде дик = 0)к/Мхво — коэФфициент температурной ности по току. Для данной схемы Бтк = 13 + 1 = 50+ 1 = 51. Подставляя (б) и (2) в (5), получаем дРкэ = (1эк (Р + 1) д(кво. (8) Предположив, что ток 1кке удваивается при температуры на каждые 10'С, мозно записать е 1т-т,уй Для удобства расчетов выразим число 2 как степень числа е. Так как 2 жест, то (9) можем в следующем виде: 1кьо=1км(т=ю зе л(т- тв повышении (9) некоторую переписать (10) где А =0,07. Дифференцнруем (10) по 7~ е1кве — = Ауквор = з.ср"" дТ (1 1) Подставив (10) в (11), получюа е)кво — А1кто дТ (12) ияи ' (кто Ауктсат Подставив (12) в (8), получим дР~,- иэ«Е+ 1) 41-~дТ. Так как (Уэк — величина постоянная„то ИПкэ — — О, поэтому аркэ = — — дук дР«э (3) д1„ Следовательно, ~~кэ йт = (зэк(Р+ 1)АХкте = 10 51 0,07 = 35.07)к (13) тогда Зб Т,— 20 18 — = 182; 10 10 следовательно, где йркэ/йТ выражается в мнлливаттах иа градус, а 1кьэ в миллиам лерах.
Предполагая, что дРкэ/ЛТхЬРкэ/ЬТ, и приравнивая это выражение величине, обратной тепловому сопротивлению (условне теплового пробоя), получаем /эркэ/ЬТ= 1/Л . В рассматриваемом случае 35,07(кве — — (1/(),8) мВт/град, откуда 1кке ъ 36 мкА Этот результат означает, что тепловой пробой транзистора произойдет, если обратный ток коплекторного перехода этого транзистора 1кве > 36 мкА.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
