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 f_В

Еп=9В; I_0K=12 мА; f_В=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)

h_21Э=33,2.

Выходная проводимость определяется как

(1.2)

h_22Э=1,2*10^-4 См.

Здесь U_A— напряжение Эрли, равное 70... 150 В у транзисторов типа р-n-р.

Объемное сопротивление области базы r_Б можно определить из постоянного времени τ_К коллекторного перехода:

(1.3)

r_Б=100 Ом

Дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода определяется по формуле:

(1.4)

r_Б’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)

h_11Э=174 Ом

Емкость эмиттерного перехода равна:

(1.6)

С_Б’Э=4,3 нФ

Проводимость прямой передачи:

(1.7)

Y_21Э=0,191 См

Рассчитаем параметры эквивалентной схемы биполярного транзистора по дрейфу [1].

Минимальная температура перехода транзистора

(1.8)

где P_K— мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора;

(1.9)

P_K=48 мВт,

R_ПС=0,5 °С/мВт,

t_Пmin= 14,4°С.

Максимальная рабочая температура перехода:

t_Пmax= t_Сmax+ R_ПС P_K(1.10)

t_Пmax=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 Δh_21Э в диапазоне температур:

(1.13)

Δh_21Э =26

Изменение обратного тока коллектора в диапазоне температур:

(1.14)

ΔI_КБ0=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 R_Эв цепи эмиттера транзистора равным

U_RЭ=0,2Eп=1,8В (1.17)

Определим сопротивление этого резистора:

(1.18)

R_Э=150 Ом

а также сопротивление резистора в цепи коллектора:

(1.19)

R_К=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_0К=0,5I_0K=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)

R_Б=4,2 кОм (стандартная величина – 4,3 кОм)

Рассчитаем ток базы в рабочей точке:

(1.22)

I_ОБ=0,36 мА

Пусть U_0БЭ=0,3 В

Напряжение на нижнем плече резистивного делителя в цепи базы:

(1.23)

U_RБ2=2,1 В

Сопротивление верхнего плеча резистивного делителя в цепи базы:

(1.24)

R_Б1=10 кОм (стандартная величина – 10 кОм)

Сопротивление нижнего плеча делителя в цепи базы:

(1.25)

R_Б2=4,2 кОм (стандартная величина – 4,3 кОм)

Входные сопротивления рассчитываемого R_ВХи последующего R_ВХ2= R_Нкаскадов:

(1.26)

R_ВХ1=167 Ом

Выходное сопротивление каскада:

(1.27)

R_ВЫХ=260 Ом

Определим емкости разделительных (С_Р1 и С_Р2) и блокировочного (С_Э)конденсаторов. Эти конденсаторы вносят частотные искажения в области нижних частот примерно в равной степени. В связи с этим заданные на каскад частотные искажения М_Н(дБ) в децибелах целесообразно распределить поровну между данными элементами:

М_НСР1=М_НСР2=М_НСЭ=0,33 дБ

Емкость первого разделительного конденсатора:

(1.28)

С_Р1=6,1 мкФ (стандартная величина – 6,2 мкФ)

Емкость второго разделительного конденсатора:

(1.29)

С_Р2=11 мкФ (стандартная величина – 10 мкФ)

Емкость блокировочного конденсатора в цепи эмиттера:

(1.30)

где

(1.31)

М₀=7,7;

С_Э=238 мкФ (стандартная величина – 240 мкФ);

Сопротивление нагрузки каскада по переменному току:

(1.32)

=103 Ом

Коэффициент передачи каскада по напряжению:

(1.33)

К_U=20

Сквозной коэффициент передачи по напряжению:

(1.34)

К_Е=4,2

Выходное напряжение каскада:

(1.35)

U_ВЫХ=213 мВ

Коэффициент передачи тока:

(1.36)

K_i=20

Коэффициент передачи мощности:

(1.37)

K_P=383

Верхняя граничная частота каскада определяется по формуле:

(1.38)

где

— эквивалентная постоянная времени каскада в области верхних частот.