Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Нижнекамский химико-технологический институт (филиал)
федерального государственного бюджетного образовательного учреждения
высшего профессионального образования
«Казанский национальный исследовательский технологический университет»
Кафедра Автоматизации технологических процессов и производств
Методические указания и задания для контрольных работ по « Промышленной электронике» для студентов-заочников механического факультета.
Нижнекамск
2009
Введение
Одним из основных видов занятий по курсу «Общая электротехника и электроника» является выполнение контрольных работ. Предлагаемые в пособии задания охватывают основной материал курса. При изучении курса студенты приобретают необходимые знания об основных методах расчета и физических процессах, с которыми приходится встречаться в электронике.
Общие методические указания к контрольной работе
Целью контрольной работы является окончательная проверка усвоения студентами соответствующих разделов курса. Приступать к выполнению очередной работы следует после изучения необходимого материала и решения задач из рекомендуемой литературы. При оформлении каждой задачи следует приводить исходную схему с принятыми буквенными обозначениями и числами заданных величин. Все рисунки, схемы и графики должны быть выполнены аккуратно в соответствии с ГОСТами. На осях координат должны быть указаны откладываемые величины и единицы их измерения. При оформлении контрольной работы нужно указывать все необходимые расчетные формулы. Конечный результат должен быть выделен из общего текста. Решение задач не следует перегружать приведением всех алгебраических преобразований. Каждый этап решения должен иметь пояснения. Результаты вычислений записывать с точностью до третьей значащей цифры. В конце работы необходимо привести список использованной литературы, поставить дату окончания работы и свою подпись. Вариант контрольных заданий задается преподавателем.
Контрольные задачи, включенные в методические указания, не охватывают всех разделов программы, поэтому для лучшего усвоения материала студентам помимо обязательных контрольных задач рекомендуется решать задачи на все разделы курса.
Образовательный ГОСстандарт по дисциплине
«Общая электротехника и электроника»
раздел «Электроника»
Схемы замещения, параметры и характеристики полупроводниковых приборов; усилительные каскады переменного и постоянного тока; частотные и переходные характеристики; обратные связи в усилительных устройствах; операционные и решающие усилители; активные фильтры; компараторы; аналоговые ключи и коммутаторы; вторичные источники питания; источники эталонного напряжения и тока; цифровой ключ; базовые элементы, свойства и сравнительные характеристики современных интегральных систем элементов; методы и средства автоматизации схемотехнического проектирования электронных схем.
Задание 1
Ответить на теоретический вопрос.
|
Вариант |
Вопрос |
|
1 |
Как влияют примеси на проводимость полупроводника |
|
2 |
Электронная (типа n) проводимость |
|
3 |
Дырочная (типа p) проводимость |
|
4 |
Примесная проводимость |
|
5 |
Устройство, условно-графическое изображение (УГИ), вольт-амперные характеристики (ВАХ) точечных и плоскостных диодов |
|
6 |
Устройство, УГИ, ВАХ и свойства стабилитрона |
|
7 |
Устройство, УГИ, ВАХ и свойства неуправляемого тиристора (динистора) |
|
8 |
Устройство, УГИ, ВАХ и свойства управляемого тиристора (тринистора) |
|
9 |
p-n переход и его свойства |
|
10 |
p-n переход и ВАХ при прямом подключении внешнего источника ЭДС |
|
11 |
p-n переход и ВАХ при обратном подключении внешнего источника ЭДС |
|
12 |
Классификация, УГИ, области использования полупроводниковых резисторов |
|
13 |
Классификация, УГИ, ВАХ, области использования полупроводниковых диодов |
|
14 |
Классификация, УГИ транзисторов |
|
15 |
Схема температурной стабилизации биполярного транзистора |
|
16 |
Классификация и требования, предъявляемые к усилителям |
|
17 |
Режим усиления А (линейное усиление) |
|
18 |
Режим усиления В (режим отсечки) |
|
19 |
Усилители напряжения низкой частоты |
|
20 |
Усилители мощности |
|
21 |
Усилители постоянного тока |
|
22 |
Классификация выпрямителей |
|
23 |
Принцип действия и схема однофазного выпрямителя |
|
24 |
Принцип действия и схема двухфазного выпрямителя |
|
25 |
Трехфазный выпрямитель с выведенной нейтралью |
|
26 |
Трехфазный выпрямитель (схема Ларионова) |
|
27 |
Классификация, схемы включения и применение сглаживающих фильтров |
|
28 |
Виды обратных связей, используемых в электронных устройствах |
|
29 |
Дрейф нуля и способы борьбы с ним |
|
30 |
Принцип действия и схема генератора пилообразного напряжения (ГЛИН) |
|
31 |
Классификация генераторов и условия самовозбуждения автогенератора |
|
32 |
Принцип действия и схема LC-автогенератора |
|
33 |
Принцип действия и схема RC-автогенератора |
|
34 |
Схемы положительных обратных связей, используемых в автогенераторах |
|
35 |
Генераторы прямоугольных импульсов (релаксаторы). Мультивибратор |
|
36 |
Схема генератора, работающего в режиме ожидания (одновибратора) |
|
37 |
Схема триггера на транзисторах |
|
38 |
Схема и описание работы операционного усилителя (масштабирующего) |
|
39 |
Схема и описание работы суммирующего операционного усилителя |
|
40 |
Схема и описание работы интегрирующего операционного усилителя |
|
41 |
Схема и описание работы дифференцирующего операционного усилителя |
|
42 |
Виды и параметры импульсов |
|
43 |
Логические элементы (схема отрицания НЕ на транзисторах) |
|
44 |
Логические элементы (схема сложения ИЛИ на транзисторах) |
|
45 |
Логические элементы (схема логического умножения И на транзисторах) |
|
46 |
Свойства импульсных устройств |
ВЫПРЯМИТЕЛИ
1. Общие сведения о выпрямителях
Выпрямителями называют устройства, в которых с по мощью электрических вентилей происходит выпрямление переменного тока.
Электрическим вентилем называют прибор, электри ческое сопротивление которого в большой мере зависит от направления тока.
На рис. 1. показана вольтамперная характеристика идеального вентиля (кривая 1), у которого при прохожде нии тока в прямом направлении внутреннее сопротивление равно нулю, а при прохождении тока в обратном направле нии — бесконечности. Кривая 2 является вольтамперной характеристикой ионного прибора (газотрона или ртут ного вентиля), у которого сопротивление в прямом направ лении мало, а в обратном направлении приближается к бес конечности. Вольтамперная характеристика полупроводни кового вентиля (кривая 3) показывает, что сопротивление вентиля в прямом направлении во много раз меньше сопро тивления в обратном направлении. Из вольтамперной ха рактеристики электронного вентиля (кривая 4) видно, что его внутреннее сопротивление в прямом направлении боль ше, чем у полупроводниковых и ионных вентилей, а в об ратном направлении равно бесконечности.
Сопротивление вентиля в прямом направлении
(1)
Электрические вентили, предназначенные для работы в выпрямителях, должны обладать по возможности малым сопротивлением Rпр, минимальным обратным током Iобр и достаточно большим обратным напряжением Uобр. Кроме того, вентиль должен потреблять минимальное количество энергии.
Рис. 1. Вольтамперные характеристики идеаль ного (кривая 1), ионного (кривая 2), полупровод никового (кривая 3) и электронного (кривая 4) вентилей
Основными элементами, входящими в схему выпрями теля, являются: один или несколько венти лей, пропускающих ток в одном направлении, сило вой трансформатор, согласующий величину вы прямленного напряжения Uo с напряжением, действующим в сети переменного тока U1 и сглаживающий фильтр, уменьшающий пульсации выпрямленного тока. Кроме того, в схему выпрямителя могут входить вспомога тельные трансформаторы для питания цепей накала ламп, стабилизаторы напряжения и другие вспомогательные эле менты.
Обязательным для каждого выпрямителя является на личие вентилей; некоторые выпрямители работают без сглаживающих фильтров, некоторые — без силового транс форматора, если выпрямленное напряжение согласуется с напряжением сети переменного тока.
По количеству фаз различают однофазные и многофаз ные выпрямители: по прохождению тока через вторичную обмотку трансформатора — однотактные выпрямители, у которых ток через вторичную обмотку трансформатора проходит только в одном направлении, и двухтактные вы прямители, у которых ток во вторичной обмотке трансфор матора проходит в обоих направлениях.
2. Однотактные выпрямители
Однофазный однотактный однополупериодный выпрямитель. Простейший однофазный однотактный выпрямитель (рис. 2, а) состоит из силового трансформатора Тр и вен тиля В. Рассмотрим в этом параграфе работу выпрямитель ных схем без сглаживающих фильтров. Процесс выпрям ления переменного тока показан графически на рис. 2, б в предположении, что вентиль является идеальным.
Рис. 2. Однофазный однотактный однополупериодный выпрямитель и графическое пояснение его работы
Замена реального вентиля идеальным не вызывает больших погреш ностей при технических расчетах выпрямителей, но сильно упрощает изучение процессов, происходящих в выпрями теле. Максимальное значение тока, проходящего через вентиль,
(2)
Полусинусоидальный ток, показанный на рис. 2. б, можно разложить в гармонический ряд
Первое слагаемое этого ряда
(4)
не зависит от частоты и называется постоянной составляю щей выпрямленного тока.
Второе слагаемое
(5)
называется переменной составляющей выпрямленного тока и имеет частоту питающей сети . Следующие члены ряда называются высшими гармониками выпрямленного тока. Амплитуды высших гармоник значительно меньше ампли туды Imax поэтому при расчете однополупериодного вы прямителя ими обычно пренебрегают.
Коэффициентом пульсаций выпрямленного тока назы вают отношение амплитуды наиболее ярко выраженной гармоники выпрямленного тока или напряжения к постоян ной составляющей выпрямленного тока или напряжения Для однополупериодного выпрямителя
(6)
Постоянная составляющая выпрямленного напря жения
U0 = I0RH. (7)
Для однополупериодного выпрямителя, пользуясь соот ношениями (2) и (7), найдем:
(8)
т. е. постоянная составляющая выпрямленного напряже ния составляет 0,45 от действующего значения напряже ния вторичной обмотки трансформатора.
Соотношение (8) дает возможность найти вторичное напряжение трансформатора по заданному значению U0 .
Пример 1. Однополупериодный выпрямитель должен иметь по стоянную составляющую выпрямленного напряжения Uo = 2500В. Пренебрегая внутренним сопротивлением вентиля, определить необходимое напряжение вторичной обмотки трансформатора.
Решение. Для определения U2 воспользуемся формулой (8)
Обратным напряжением выпрямителя называют мак симальное значение отрицательного напряжения, появляю щегося на аноде вентиля во время отрицательных полупе риодов вторичного напряжения силового трансформатора. Для однополупериодного выпрямителя с фильтром обрат ное напряжение максимально в режиме холостого хода, т. е. при токе нагрузки, равном нулю,
Uобр =6,28U0 (9)
Двухполупериодный однотактный выпрямитель. Двухполупериодный выпрямитель (рис. 3, а) представляет со бой два однополупериодных выпрямителя, работающих на
Рис. 3. Двухполупериодный однотактный выпрямитель и графи ческое пояснение его работы
общую нагрузку. Напряжения, питающие вентили B1 и В2, должны быть одинаковы по величине и сдвинуты между собой по фазе на 180°. Для этого вторичную обмотку транс форматора выполняют с выведенной средней точкой, а вто ричные напряжения получают между средней точкой обмотки и ее концами. Графически процесс выпрям ления показан на рис. 3, б. Во время первых полуперио дов ток ia1 проходит через вентиль В1, а во время вторых полупериодов ток iа2 проходит через вентиль В2. Через сопротивление нагрузки Rнтоки ia1 и ia2 проходят в одном направлении. При двухполупериодном выпрямлении по стоянная составляющая выпрямленного тока в два раза больше, чем в однополупериодном выпрямителе
(10)
Следовательно, выпрямленное напряжение на выходе двухполупериодного выпрямителя
Uo = 0,9U2. (11)
Величина обратного напряжения в двухполупериод ном выпрямителе
Uобр = 3,14U0. (12)
Коэффициент пульсаций q1= 0,667.
При вычислении коэффициента пульсаций двухполупе риодный выпрямитель рассматривают как двухфазный вы прямитель, напряжения обеих фаз которого сдвинуты между собой на 180°. Коэффициент пульсаций связан с числом фаз т выпрямителя простым соотношением:
(13)
Этой формулой нельзя пользоваться для вычисления коэф фициента пульсаций однополупериодного выпрямителя, так как при т = 1 знаменатель дроби в формуле (13) обра щается в нуль. Частота пульсаций в многофазном выпря мителе в т раз больше частоты сети. Двухполупериодные выпрямители применяются для питания приемно-усилительных ламп в электронных усилителях и генераторах малой мощности, а также для питания ламп в радиоприем никах и телевизорах.
Трехфазный однотактный выпрямитель. Принципиаль ная схема выпрямителя трехфазного переменного тока пока зана на рис. 4, а. Как видно из рис. 4, б, пульсация тока в этом выпрямителе значительно меньше, чем в однофазном двухполупериодном, поэтому такой выпрямитель может ра ботать даже без фильтра. В этой схеме могут применяться как полупроводниковые, так и электронные и ионные вен тили.
Ток через любой вентиль и связанную с ним фазу вто ричной обмотки трансформатора проходит в течение одной трети периода, т. е. тогда, когда напряжение соответствующей фазы выше, чем напряжение в двух других фазах. Ток через два других вентиля в эту треть периода проходить не может, так как потенциалы анодов этих вентилей будут
Рис. 4. Трехфазный однотактный выпрямитель и графиче ское пояснение его работы
ниже потенциалов их катодов. Переход тока от одного вен тиля к другому происходит в точках пересечения положи тельных полупериодов напряжения (рис. 4, б). Выпрямленное напряжение
(14)
т. е.
U0=1,17U2.
Среднее значение тока, протекающего через вентиль,
(15)
Обратное напряжение
Uo6p = 2,09U2. (16)
Действующее значение напряжения вторичной обмотки трансформатора
(17)
Коэффициент пульсаций
(18)
Трехфазные однотактные выпрямители применяются для питания анодов мощных радиоламп и питания маломощных двигателей постоянного тока.
3. Двухтактные схемы выпрямителей
Недостатком однотактных схем выпрямителей является плохое использование трансформаторов, у которых ток во вторичной обмотке протекает не непрерывно, а только во время положительных полупериодов напряжения в однофаз ных выпрямителях и в течение одной трети каждого, периода в трехфазных выпрямителях.
В двухтактных схемах вы прямителей этот недостаток устранен; ток через вторичную обмотку трансформатора про ходит в обоих направлениях.
Однофазный двухтактный выпрямитель. Этот выпрями тель собран по мостовой схеме (схема Греца), показанной на рис. 5. Он является простейшей схемой двухтактного выпрямителя.
В течение первых полупе риодов ток проходит через вентили 1 и 3 (рис. 5, сплош ные стрелки), а в течение вторых полупериодов — через вен тили 2 и 4 (штриховые стрелки). Через нагрузочное сопро тивление Rн ток течет в одном направлении. Во вторичной обмотке трансформатора
при этом течет переменный ток, поэтому схема является двухтактной.
Среднее значение выпрямленного напряжения
(19)
т. е. оно такое же, как и в однотактном двухполупериодном выпрямителе, причем полное напряжение вторичной обмот ки трансформатора здесь в два раза меньше, чем в однотакт ном двухполупериодном выпрямителе.
Обратное напряжение в мостовой схеме определяется напряжением U2max, так как вентили, не пропускающие в данный полупериод ток, включены параллельно вторич ной обмотке трансформатора (падением напряжения на пропускающих ток вентилях можно пренебречь). Поэтому
(20)
Сравнительно небольшое обратное напряжение является достоинством мостовой схемы.
Если обратное напряжение одного вентиля U1обр мень ше напряжения Uoбp, найденного по формуле (20), то в каждое плечо мостовой схемы следует включить последо вательно по нескольку вентилей, соблюдая условие где n — число вентилей в плече.
Недостатком мостовой схемы является необходимость применения четырех вентилей или групп вентилей, причем в случае применения в качестве вентилей кенотронов или газотронов, схема требует трех независимых друг от друга обмоток накала (рис. 5. 6), так как цепи накала кено тронов 1, 3 и 4 находятся под разными потенциалами. По этому обычно в мостовой схеме применяют полупроводнико вые вентили. Преимущества мостовой схемы — применение трансформатора без вывода средней точки вторичной обмот ки и лучшее использование вторичной обмотки трансфор матора. Схема может работать и без силового трансформа тора.
Рис. 6. Кенотронный выпрямитель по мостовой схеме
Пример 2. В выпрямителе, собранном по мостовой схеме Греца, применяются четыре германиевых вентиля типа Д7Ж, имеющих Uобр = 400 в. Определить максимально допустимое значение выпрям ленного напряжения Uo и необходимое для этого значение вторич ного напряжения U2 трансформатора.
Решение. В мостовой схеме Uобр= l,57U0. Тогда
Вторичное напряжение трансформатора связано с Uo соотноше нием: . Следовательно,
Трехфазный двухтактный выпрямитель. Трехфазная двухтактная схема Ларионова (рис. 7, а) состоит как бы из трех простых мостовых схем: в первую схему входят
Рис. 7. Трехфазный двухтактный выпрямитель по схеме Ларионова
вентили 1, 2, 3, 4, во вторую — 1,2,5, 6 и в третью — 3, 4, 5, 6. Все вентили в схеме Ларионова работают попарно — поочередно, причем из нечетных вентилей, потенциалы ано дов которых одинаковы, работает тот вентиль, у которого катод наиболее отрицателен, а из четных — тот вентиль, который имеет наиболее положительный потенциал анода. Прохождение тока через вентили показано на рис. 7, б. Ток проходит через ту пару вентилей, разность потенциалов между которыми в данный момент времени максимальна.
Смена пар вентилей происходит через каждые , т. е. через каждые 60 электрических градусов.
В этом выпрямителе выпрямленное напряжение
U0=2,34U2, (21)
где U2 — линейное напряжение вторичной обмотки II трансформатора. Следовательно, при одном и том же вы прямленном напряжении, вторичное напряжение U2 в два раза меньше, чем в однотактном трехфазном выпрямителе. В качестве вентилей для схемы Ларионова могут
при меняться как кенотроны и газотроны, так и ртутные и полу проводниковые вентили. Применение ртутных и полупровод никовых вентилей предпочтительнее, так как для кенотро нов и газотронов на силовом трансформаторе необходимо раза меньше, чем в однотактном трехфазном выпрямителе.
В качестве вентилей для схемы Ларионова могут при меняться как кенотроны и газотроны, так и ртутные и полу проводниковые вентили. Применение ртутных и полупровод никовых вентилей предпочтительнее, так как для кенотро нов и газотронов на силовом трансформаторе необходимо иметь четыре отдельных обмотки накала.
Обратное напряжение в схеме Ларионова определяется линейным напряжением вторичной обмотки, так как в непро водящую часть периода любой неработающий вентиль присоединен через работающий к линейным зажимам трансфор матора. Следовательно,
(22)
Малое значение обратного напряжения является пре имуществом схемы Ларионова.
Пульсации выпрямленного тока (q1 = 0,057) настолько незначительны, что выпрямитель во многих случаях может работать без сглаживающего фильтра. В основном схема Ларионова применяется на тяговых подстанциях для метро, трамвая, троллейбуса и электрических железных дорог.
Пример 3. Выпрямитель, собранный по схеме Ларионова, должен питать нагрузку при U0 = 3000 В. В качестве вентилей выбраны гер маниевые вентили типа ВГ-50-110, имеющие Uобр=110 В. Опре делить число вентилей в схеме и вторичное линейное напряжение трансформатора.
Решение. Обратное напряжение в одном плече выпрямителя Uo6p=l,045U0= 1,045*3000 = 3135 В.
Число вентилей в плече .
Полное число вентилей в схеме
N = 6*29 = 174, т. е. 6 групп по 29 вентилей. Линейное напряжение вторичной обмотки трансформатора
Краткие теоретические сведения
о биполярном транзисторе
Принцип действия биполярного транзистора
Простейший триод с двумя p-n-переходами имеет три вывода и называется транзистором. В транзисторах возможны два различных чередования с различными типами проводимостями.
В соответствии с этим транзисторы делятся на два типа p-n-p и n-p-n. Схематическое устройство и условное обозначение плоскостного транзистора приведены на рис. 1.
Эмиттер Коллектор Эмиттер Коллектор
База База
Э К Э К
Б Б
а) б)
Рис. 1. Схематическое изображение и условно-графическое
изображение транзисторов типа p-n-p и n-p-n.
У транзисторов центральный слой называется базой. Один из наружных слоев, являю щийся источником зарядов (электронов и дырок), которые главным образом и создают ток прибора, называется эмиттером. Другой наружный слой, называемый коллектором, прини мает заряды, поступающие от эмиттера.
На переход эмиттер-база (эмиттерный переход ) напряжение подается в прямом направлении, поэтому даже при небольших напряжениях через него проходят большие токи. На переход коллектор-база (коллекторный переход) напряжение подается в обратном направлении. Оно обычно в несколько раз выше напряжения между эмиттером и базой.
Рассмотрим более детально работу транзис то ра типа p-n-p (транзистор n-p-n работает аналогично). Между коллектором и базой транзистора прило жено напряжение. Пока эмиттерный – ток Iэ равен нулю (рис.2,а), ток в транзисторе идет только через коллекторный переход в обратном направлении. Величина этого тока определяется
концентрацией неосновных носителей заряда в коллекторе и базе и при хорошем качестве полупроводников мала.
При подключении к эмиттерному переходу источника Еэ в прямом направлении возникает эмиттерный ток I э определенной величиной (рис.2,б). Электроны валентной зоны эмиттера переходят во внешнюю цепь, а образовавшиеся дырки начинаются двигаться в сторону базы. Так как внешнее напряжение приложено в прямом направлении, дырки преодолевают эмиттерный переход и попадают в область базы. База выполнена из n- полупроводника, поэтому дырки являются для нее неосновными носителями заряда.
Дырки, попавшие в область базы, частично рекомбинируют со свободными электронами базы. Однако база обычно выполняется из n-полупроводника с большим удельным сопротивлением (с малым содержанием донорной примеси), поэтому концентрация свободных электронов в базе низкая и лишь немногие дырки, попавшие в базу, рекомбинируют с ее электронами. Вместо рекомбинированных электронов в базу из внешней цепи приходят новые электроны, образующие базовый ток I б.
Большинство дырок вследствие теплового движения (диффу зии) и под действием поля коллектора (дрейф) достигают коллектора, образуя в коллекторной цепи ток Iк .
Связь между приращениями эмиттерного и коллекторного то ков характеризуется коэффициентом передачи тока (или статическим коэффициентом усиления по току)
, Uк = const.
Как следует из качественного рассмотрения процессов, про исходящих в полупроводниковом триоде, коэффициент передачи тока всегда меньше единицы; для современных плоскостных триодов α = 0,90,995 . Базовый ток представляет собой разность между коллекторным и эмиттерным токами: Iб = Iэ - I к .
Статистические характеристики биполярного транзистора
В рассмотренной схеме базовый электрод является для эмиттерной коллекторной цепей. Такая схема включения триода называется схемой с общей базой (ОБ). В этой схеме эмиттерная цепь является входной, а коллекторная – выходной. Зависимость между током и напряжением во входной и выходной цепях транзистора определяют его вольтамперные характеристики.
Кроме схемы включения с общей базой существуют схемы включения транзистора с общим эмиттером и общим коллектором (усилительные свойства всех схем рассмотрены ниже).
Статический коэффициент усиления (или коэффициент передачи тока) в схеме с ОЭ равен
, Uк = const.
Можно показать, что
.
Для выпускаемых: в настоящее время транзисторов коэффициент β колеблется в пределах 10200.
Входной характеристикой транзистора включенного по схеме о ОЭ, является зависимость Iб(Uб) при Uкэ=const, а выходной характеристикой - зависимость Iк(Uкэ) при Uб =const. Эти характеристики для транзистора типа p-n-p показаны на рис.3. Они снимаются экспериментально.
Статические характеристики передачи тока и обратной связи транзистора с ОЭ представляют зависимость Iк = f(Iб) при Uб.э= const; Uк.э= f (Iб) при Iб = const. Вид этих характеристик показан на рис. 4.
Биполярный транзистор как усилительный элемент на переменном токе
В усилительном каскаде в цепь эмиттера, являющуюся вход ной цепью, кроме источника постоянной ЭДС. Еэ вводится еще переменная ЭДС сигнала евх, подлежащая усилению, а в цепь коллектора, представляющую собой выходную цепь, включается источник Ек и резистор Rк (рис.4).
При подаче на вход транзистора переменного напряжения uвх эмиттерный ток становится пульсирующим, вызывая соответствующие изменения коллекторного тока. Последний, проходя по резистору Rк , создаем на нем пульсирующее, повторяющее по форме входной сигнал. Переменная составляющая пульсирующего напряжения Uвых с помощью конденсатора С отделяется от постоянной состав ляющей и подается на выходные зажимы усилителя к нагрузке. Коэффициент усиления напряжения КU равен:
КU = ,
где Iкм и Iэm - где амплитуды переменных составляющих коллекторного и эмиттерного токов; Rв - входное сопротивление, т.е. сопротивление между выводами эмиттера и базы для переменного тока.
Так как Iк Iэ, то КU ,
Входное сопротивление в рассматриваемой схеме мало Rвх=10100 Ом, так как к эмиттерному переходу приложено прямое напряжение. К коллекторному переходу приложено обратное напряжение, и поэтому сопротивление это го перехода очень велико порядка I05-106 Ом. При та ком большом сопротивлении коллекторного перехода сопротивление резистора Rк можно выбрать во много раз больше входного сопротивления без заметно го уменьшения коллекторного тока и тем самым получить большой коэффициент усиления напряжения сигнала.
Одновременно с усилением напряжения происходит усиление мощности сигнала. Коэффициент усиления мощности
Кр = .
Из рассмотрения работы транзистора по данной схеме ясно, что усиление сигнала по току не происходит.
К1< 1
Таким образом, в данной схеме происходит усиление сигна ла по напряжению и мощности, которое оказывается возможным благодаря тому, что изменение тока эмиттера происходит в цепи с малым сопротивлением, а вызванные им изменения коллекторно го тока - в цепи, имеющей во много раз большее сопротивление.
Схемы включения биполярного транзистора
В зависимости от того, какой вывод транзистора является общим, различают три схемы включения: с общей базой ОБ, с общим эмиттером ОЭ и общим коллектором ОК. Эти схемы показаны на рис. 6. Полярность источников на схемах от носится к полупроводниковому триоду типа р-n-p. Физические процессы, протекающие в указанных схемах, одинаковы, но уси лительные свойства различны.
В рассмотренной выше схеме (см. рис.5), общим выводом яв ляется вывод базы, поэтому эта схема соответствует схеме с ОБ (рис.6а). Аналогичной схемой в ламповых усилителях является схема с общей сеткой. Эта аналогия базируется на том, что эмиттер выполняет в полупроводниковом триоде функции катода коллектор - функции анода, а база - роль сетки. Усилительный каскад, собранный по схеме с ОБ, как отмеча лось, имеет малое входное и большое выходное сопротивление. Ма лое входное сопротивление каскада является существенным недос татком данной схемы, поэтому схема с ОБ применяется в усилите лях низкой частоты редко.
В схеме с ОБ можно получить усиление по напряжению и мощ ности в десятки, сотни раз и больше в зависимости от сопротив ления нагрузки. Усиление по току в схеме с ОБ не происходит.
В схеме с ОЭ (рис.6б) входной сигнал также подводится к выводам эмиттера и базы, а резистор Rк включается между выводами эмиттера и коллектора. Здесь общим выводом служит вывод эмиттера. Основной особенностью схемы с ОЭ является то, что входным током в ней яв ляется не ток эмиттера, а ма лый по величине ток базы. По этому входное сопротивление в данной схеме значительно больше, чем в предыдущей, и со ставляет сотни и тысячи Ом; выходное сопротивление - де сятки кОм.
Коэффициент усиления по примерно такую же вели чину, как для схемы с ОБ.
Коэффициент усиления по току усилительного каскада с ОЭ всегда меньше коэффициент передачи по току β и прибли жается к нему при малых сопротивлениях нагруз ки. Усилительный каскад с ОЭ обеспечивает
усиление по то ку в несколько десятков раз.
Коэффициент усиления по мощности Кр=К1КU оказыва ется значительно выше, чем для схемы с ОБ и может достигать нескольких тысяч. Схе ма с ОЭ аналогична ламповому каскаду с общим катодом и яв ляется наиболее распространенной.
В схеме о ОК (рис.5, а) сигнал подается на участок база – коллектор, а выходное напряжение снимается с резистора Rк, включенного между эмиттером и коллектором. Общим выводом слу жит вывод коллектора. Входным током в этой схеме является ток базы, а выходным – ток эмиттера. В схеме о ОК К1 немного больше, чем в схема с ОЭ. Входное сопротивление схемы о ОК ве лико – порядка десятков или сотен кОм, а выходное, наоборот, мало и составляет десятки или сотни Ом. Каскад с ОК усиления по напряжению не дает, а усиление по мощности – несколько мень ше, чем в схеме с ОБ.
Схема с ОК применяется реже, чем предыдущая, и служит, в основном, для согласования сопротивлений между отдельными кас кадами усилителей и в качестве входного каскада, когда требу ется высокое входное сопротивление. Схема с ОК аналогична ламповому каскаду с общим анодом.
Конденсаторы С1 и С1 в схемах на рис.5 служат для отделения постоянной и переменной составляющих тока на входе и выходе.
Питание цепей биполярного транзистора и стабилизация режима работы
Питание транзисторного усилителя, как правило, производится от одного источника постоянного тока.
Для установления нужного режима транзистора между его базой и эмиттером обычно прикладывают небольшое напряжение смещения (порядка десятых долей вольта).
Простейшим видом смещения является фиксированное смещение, которое осуществляется с помощью делителя напряжения R1, R1 (рис. 7, а).
Фиксированное смещение пригодно лишь для каскадов, работающих при малых изменениях окружающей температуры, и должно быть подобрано для каждого устанавливаемого в каскад транзистора. При больших изменениях температуры или замене транзистора фиксированное смещение не обеспечивает необходимого постоянства работы. Поэтому применяются различные способы стабилизация режима при помощи смещения, автоматически изменяющегося при изменении температуры или замене транзистора.
Наиболее высокую стабильность режима дает эмиттерная стабилизация (рис.7, б). Здесь в цепь эмиттера введен стабилизирующий резистор Rэ, падение напряжения на котором пропорци ональное току эмиттера, уменьшает напряжение смещения, снима емое с делителя R1, R2. Чтобы предотвратить уменьшение усиления каскада при введении резистора Rэ, его шунтируют кон денсатором Сэ, через который проходит переменная составля ющая эмиттерного тока.
При увеличении тока коллектора, вызванном повышением тем пературы, увеличивается падение напряжения на сопротивлений резистора Rэ. Потенциал эмиттера становится более отрицатель ным, что влечет за собой уменьшение (по абсолютной величина) напряжения на базе Uбэ, и как результат – тока базы. Таким образом, из-за повышения температуры происходит увеличение тока коллектора, а из-за уменьшения тока базы - уменьшение тока коллектора, поэтому суммарное изменение тока коллектора незначительным.
Эмиттерная стабилизация в схеме с ОК осуществляется аналогично.
Задание №1
Ответить на теоретический вопрос. Ответ пояснить соответствующими схемами, графиками, выводами.
УКАЗАНИЯ К РЕШЕНИЮ ЗАДАНИЯ №2
Данные задачи относятся к расчету выпрямителей переменного тока, собранных на полупроводниковых дио дах. Подобные схемы выпрямителей находят сейчас при менение в различных электронных устройствах и приборах. При решении задачи следует помнить, что основны ми параметрами полупроводниковых диодов являются допустимый ток Iдоп, на который рассчитан данный диод, и величина обратного напряжения Uобр, которое вы держивает диод без пробоя в непроводящий период.
Обычно при составлении реальной схемы выпрямите ля задаются величиной мощности потребителя Pd, Вт, получающего питание от данного выпрямителя и вы прямленным напряжением Ud, В, при котором работает потребитель постоянного тока. Отсюда нетрудно опре делить ток потребителя . Сравнивая ток потребителя с допустимым током диода Iдоп, выбирают диоды для схемы выпрямителя. Следует учесть, что для однополупериодного выпрямителя ток через диод равен току потребителя, т. е. надо соблюдать условие Iдоп≥Id. Для двухполупериодной и мостовой схем вы прямления ток через диод равен половине тока потреби теля, т.е. следует соблюдать условие Iдоп≥0,5Id. Для трехфазного выпрямителя ток через диод составляет треть тока потребителя, следовательно, необходимо, что бы .
Величина напряжения, действующая на диод в не проводящий период UВ, также зависит от той схемы вы прямления, которая применяется в конкретном случае. Так, для однополупериодного и двухполупериодного вы прямителей Ub = π Ud=3,14Ud для мостового выпрямителя , а для трехфазного выпрямителя Ub = 2,1Ud. При выборе диода, следовательно, должно быть выполнено условие Uобр≥Ub.
Рассмотрим примеры на составление схем выпрями телей.
Пример 1. Составить схему мостового выпрямителя, использовав один из четырех промышленных диодов: Д218, Д222, КД202Н, Д215Б. Мощность потребителя Рd = 300 Вт, напряжение потребители Ud = 200 В.
Решение. 1. Выписываем из табл. 11 параметры указанных диодов:
|
Тип диода |
Iдоп, А |
Uобр, В |
Тип диода |
Iдоп, А |
Uобр, В |
|
Д218 |
0,1 |
1000 |
КД202Н |
1 |
500 |
|
Д222 |
0,4 |
600 |
Д215Б |
2 |
200 |
2.Определяем ток потребители Id:
A.
3. Определяем напряжение, действующее на диод в непроводящий период для мостовой схемы выпрямителя:
Ub = 1,57 Ud =1,57 ∙ 200 = 314 В.
4. Выбираем диод из условий
Iдоп >0,5 Id > 0,5∙1,5 > 0,75 А,
Uo6p > Ub > 314 В.
Этим условиям удовлетворяет диод КД202Н
Iдоп = 1,0 А > 0,75 A; Uобр = 500 В > 314 В.
Диоды Д218 и Д222 удовлетворяют только напряже нию, так как 1000 и 600 больше 314 В, но не подходят по допустимому току, так как 0,1 и 0,4 меньше 0,75 А. Диод Д215Б, наоборот, подходит по допустимому току, так как 2 > 0,75 А, но не подходит по обратному напряжению, так как 200<314 В.
5. Составляем схему мостового выпрямителя (рис. 8). В этой схеме каждый из диодов имеет параметры диода КД202Н: Iдоп=1,0 А; Uобр=500 В.
Рис. 8
Пример 2. Для питания постоянным током потреби теля мощностью Рd = 250 Вт при напряжении Ud = 100 В необходимо собрать схему двухполупериодного выпрямителя, использовав стандартные диоды типа Д243Б.
Решение. 1. Выписываем из табл. 11 параметры диода: Iдоп = 2 А; Uобр = 200 В.
2. Определяем ток потребителя:
А.
3. Определяем напряжение, действующее на диод в непроводящий период:
Ub = 3,14 Ud =3,14 ∙ 100 = 314 В.
Полная схема выпрямителя приведена на рис. 9.
Пример 3. Для питания постоянным током потреби теля мощностью Pd = 300 Вт при напряжении Ud = 20 В необходимо собрать схему однополупериодного выпрямителя, использовав имеющиеся стандартные диоды ти па Д242А.
Решение. 1. Выписываем из табл. 11 параметры диода: Iдоп = 10 А; Uобр = 100 В.
Рис. 9
2. Определяем ток потребителя:
А.
3. Определяем напряжение, действующее на диод в непроводящий период:
Ub = 3,14 Ud =3,14 ∙ 20 ≈ 63 В.
Полная схема выпрямителя приведена на рис. 10.
Пример 4. Для составления схемы трехфазного вы прямителя на трех диодах заданы диоды Д243. Выпря митель должен питать потребитель с Ud=150 В. Опре делить допустимую мощность потребителя и пояснить порядок составления схемы выпрямителя.
Решение. 1. Выписываем из табл. 11 параметры диода: Iдоп = 5 А; Uобр = 200 В.
2. Определяем допустимую мощность потребителя. Для трехфазного выпрямителя
, т. е. Pd = 3 Ud Iдоп = 3∙150∙5 = 2250 Вт,
Следовательно, для данного выпрямителя Pd≤2250 Вт.
3. Определяем напряжение, действующее на диод в непроводящий период:
Ub = 2,1Ud =2,1 ∙ 150 = 315 В.
Рис. 10 Рис. 11
4. Составляем схему выпрямителя. Проверяем диод по условию Uo6p >Ub. В данном случае это условие не соблюдается, так как 200 < 315 В. Для выполнения этого условия необходимо в каждом плече два диода соединить последовательно, тогда Uo6p= 200∙2 = 400 В; 400>315 В.
Полная схема выпрямителя приведена на рис. 11.
ЗАДАНИЕ №2
Задача 1, варианты 1—10. Двухполупериодный вы прямитель должен питать потребитель постоянным то ком. Мощность потребителя Рd, Вт, при напряжении Ud, В. Следует выбрать один из трех типов полупроводниковых диодов, параметры которых приведены, в табл. 11, для схемы выпрямителя и пояснить, на основании чего сделан выбор. Начертить схему выпрямителя. Данные для своего варианта взять из табл. 1.
Таблица 1
|
Номер варианта |
Тип диода |
Pd, ВТ |
Ud, В |
Номер варианта |
Тип диода |
Pd, ВТ |
Ud, В |
|
1 |
Д244Б Д214 Д243Б |
150 |
20 |
6 |
Д243А Д226 Д231Б |
400 |
80 |
|
2 |
Д218 Д221 Д214А |
30 |
50 |
7 |
Д224А Д242 Д303 |
200 |
30 |
|
3 |
Д302 Д205 Д244Б |
60 |
40 |
8 |
КД202Н Д243 Д214А |
300 |
60 |
|
4 |
Д242 Д222 Д215Б |
150 |
50 |
9 |
Д224 Д214Б Д302 |
70 |
20 |
|
5 |
Д7Г Д217 Д242Б |
20 |
150 |
10 |
Д215А Д231 Д234Б |
800 |
120 |
Задача 2, варианты 11—20. Составить схему двухполупериодного выпрямителя, использовав стандартные диоды, параметры которых приведены в табл. 11. Опре делить допустимую мощность потребителя, если вели чина выпрямленного напряжения Ud, В. Данные для своего варианта взять из табл. 2.
Таблица 2
|
Номер варианта |
Тип диода |
Ud, В |
|
11 |
Д233Б |
150 |
|
12 |
Д214Б |
50 |
|
13 |
Д244А |
30 |
|
14 |
Д205 |
100 |
|
15 |
Д215 |
120 |
|
16 |
Д218 |
300 |
|
17 |
Д7Г |
80 |
|
18 |
Д244А |
20 |
|
19 |
Д226 |
200 |
|
20 |
Д222 |
160 |
Задача 3, варианты 21—30. Трехфазный выпрями тель, собранный на трех диодах, должен питать потре битель постоянным током. Мощность потребителя Рd, Вт, при напряжении Ud, В. Следует выбрать один из трех типов полупроводниковых диодов, параметры которых приведены в табл. 11, для схемы выпрямителя и пояс нить, на основании чего сделан выбор. Начертить схему выпрямителя. Данные для своего варианта взять из табл. 3.
Таблица 3
|
Номер варианта |
Тип диода |
Pd, ВТ |
Ud, В |
Номер варианта |
Тип диода |
Pd, ВТ |
Ud, В |
|
21 |
Д305 Д302 Д222 |
100 |
40 |
26 |
Д224 Д207 Д214Б |
90 |
30 |
|
22 |
Д243А Д233Б Д217 |
600 |
200 |
27 |
Д215А Д234Б Д218 |
100 |
400 |
|
23 |
КД202А Д215Б Д205 |
150 |
150 |
28 |
Д244А Д7Г Д210 |
60 |
80 |
|
24 |
Д231Б Д242А Д221 |
400 |
80 |
29 |
Д232 КД202Н Д222 |
900 |
150 |
|
25 |
Д242 Д226А Д224А |
500 |
20 |
30 |
Д304 Д244 Д226 |
200 |
40 |
Задача 4, варианты 31—40. Составить схему двухполупериодного выпрямителя, использовав стандартные диоды, параметры которых приведены в табл 11. Мощ ность потребителя Рd, Вт, с напряжением питания Ud, В. Пояснить порядок составления схемы для диодов с дан ными параметрами. Данные для своего варианта взять из табл. 4.
Таблица 4
|
Номер варианта |
Тип диода |
Pd, ВТ |
Ud, В |
|
31 |
Д209 |
30 |
100 |
|
32 |
Д305 |
150 |
20 |
|
33 |
Д232 |
1000 |
200 |
|
34 |
КД202А |
120 |
15 |
|
35 |
Д226А |
80 |
150 |
|
36 |
Д207 |
20 |
60 |
|
37 |
Д242Б |
180 |
30 |
|
38 |
Д222 |
240 |
180 |
|
39 |
Д303 |
400 |
80 |
|
40 |
Д214А |
800 |
50 |
Задача 5, варианты 41—50. Составить схему мосто вого выпрямителя, использовав стандартные диоды, па раметры которых приведены в табл. 11. Мощность по требителя Рd, Вт, с напряжением литания Ud, В. Пояс нить порядок составления схемы для диодов с данными параметрами. Данные для своего варианта взять из табл. 5.
Таблица 5
|
Номер варианта |
Тип диода |
Pd, ВТ |
Ud, В |
|
41 |
Д7Г |
80 |
100 |
|
42 |
Д224 |
200 |
50 |
|
43 |
Д217 |
150 |
500 |
|
44 |
Д305 |
300 |
20 |
|
45 |
Д214А |
600 |
80 |
|
46 |
Д207 |
30 |
100 |
|
47 |
Д302 |
250 |
150 |
|
48 |
Д215А |
3000 |
200 |
|
49 |
Д221 |
250 |
200 |
|
50 |
Д233Б |
2500 |
400 |
Задача 6, варианты 51—60. Однополупериодный вы прямитель должен питать потребитель постоянным током. Мощность потребителя Pd, Вт, при напряжении Ud, В. Следует выбрать один из трех типов полупроводни ковых диодов, параметры которых приведены в табл. 11, для схемы выпрямителя и пояснить, на основании чего сделан выбор. Начертить схему выпрямителя. Данные для своего варианта взять из табл. 6.
Таблица 6
|
Номер варианта |
Тип диода |
Pd, ВТ |
Ud, В |
Номер варианта |
Тип диода |
Pd, ВТ |
Ud, В |
|
51 |
Д242Б Д244А Д221 |
50 |
10 |
56 |
Д211 Д226А Д304 |
30 |
20 |
|
52 |
Д209 Д303 Д7Г |
100 |
40 |
57 |
Д217 Д222 Д243Б |
20 |
250 |
|
53 |
Д224Б Д302 Д205 |
200 |
80 |
58 |
Д231 Д232Б КД202Н |
500 |
80 |
|
54 |
Д214 КД202Н Д215Б |
70 |
100 |
59 |
Д244 Д214Б Д302 |
40 |
60 |
|
55 |
Д243 Д214А Д226 |
150 |
50 |
60 |
Д210 Д221 Д242 |
30 |
120 |
Задача 7, варианты 61—70. Мостовой выпрямитель должен питать потребитель постоянным током. Мощ ность потребителя Рd, Вт, при напряжении Ud, В. Сле дует выбрать один из трех типов полупроводниковых диодов, параметры которых приведены в табл. 11, для схемы выпрямителя и пояснить, на основании чего сде лан выбор. Начертить схему выпрямителя. Данные для своего варианта взять из табл. 7.
Таблица 7
|
Номер варианта |
Тип диода |
Pd, ВТ |
Ud, В |
Номер варианта |
Тип диода |
Pd, ВТ |
Ud, В |
|
61 |
Д214 Д215Б Д224А |
300 |
40 |
66 |
Д218 Д222 Д232Б |
150 |
300 |
|
62 |
Д205 Д217 Д302 |
100 |
150 |
67 |
Д221 Д214Б Д244 |
100 |
40 |
|
63 |
Д243А Д211 Д302 |
40 |
250 |
68 |
Д7Г Д209 Д304 |
50 |
100 |
|
64 |
Д214А Д243 КД202Н |
500 |
100 |
69 |
Д242Б Д224 Д226 |
120 |
20 |
|
65 |
Д303 Д243Б Д224 |
150 |
20 |
70 |
Д215 Д242А Д210 |
700 |
50 |
Задача 8, варианты 71—80. Составить схему мосто вого выпрямителя, использовав стандартные диоды, па раметры которых приведены в табл. 11. Определить до пустимую мощность потребителя, если величина вы прямленного напряжения Ud, В. Данные для своего ва рианта взять, из табл. 8.
Таблица 8
|
Номер варианта |
Тип диода |
Ud, В |
|
71 |
Д232 |
300 |
|
72 |
Д215 |
100 |
|
73 |
Д233Б |
200 |
|
74 |
Д7Г |
200 |
|
75 |
Д211 |
300 |
|
76 |
Д214А |
80 |
|
77 |
Д244Б |
50 |
|
78 |
Д215Б |
110 |
|
79 |
Д242Б |
50 |
|
80 |
Д224 |
40 |
Задача 9, варианты 81—90. Составить схему однополупериодного выпрямителя, использовав стандартные диоды, параметры которых приведены в табл. 11. Мощ ность потребителя Рd, Вт, с напряжением питания Ud,. В. Пояснить порядок составления схемы для диодов с дан ными параметрами. Данные для своего варианта взять из табл. 9
Таблица 9
|
Номер варианта |
Тип диода |
Pd, ВТ |
Ud, В |
|
81 |
Д233 |
1500 |
200 |
|
82 |
Д209 |
20 |
100 |
|
83 |
Д244А |
200 |
30 |
|
84 |
Д226А |
30 |
150 |
|
85 |
Д231 |
1000 |
120 |
|
86 |
Д217 |
40 |
250 |
|
87 |
Д215Б |
150 |
50 |
|
88 |
Д305 |
100 |
50 |
|
89 |
Д232Б |
800 |
100 |
|
90 |
Д205 |
60 |
100 |
Задача 10, варианты 91—100. Составить схему трех фазного выпрямителя на трех диодах, использовав стан дартные диоды, параметры которых приведены в табл. 11. Мощность потребителя Рd, Вт, с напряжением питания Ud, В. Пояснить порядок составления схемы для диодов с данными параметрами. Данные для своего варианта взять из табл. 10.
Таблица 10
|
Номер варианта |
Тип диода |
Pd, ВТ |
Ud, В |
|
91 |
Д210 |
60 |
300 |
|
92 |
Д303 |
300 |
100 |
|
93 |
Д214Б |
400 |
40 |
|
94 |
Д242 |
800 |
80 |
|
95 |
Д244 |
500 |
50 |
|
96 |
Д205 |
300 |
300 |
|
97 |
Д224А |
600 |
40 |
|
98 |
Д222 |
400 |
200 |
|
99 |
Д218 |
200 |
400 |
|
100 |
Д243Б |
600 |
150 |
Таблица 11
|
Тип диода |
Iдоп, А |
Uобр, В |
Тип диода |
Iдоп, А |
Uобр, В |
|
Д7Г |
0,3 |
200 |
Д217 |
0,1 |
800 |
|
Д205 |
0,4 |
400 |
Д218 |
0,1 |
1000 |
|
Д207 |
0,1 |
200 |
Д221 |
0,4 |
400 |
|
Д209 |
0,1 |
400 |
Д222 |
0,4 |
600 |
|
Д210 |
0,1 |
500 |
Д224 |
5 |
50 |
|
Д211 |
0,1 |
600 |
Д224А |
10 |
50 |
|
Д214 |
5 |
100 |
Д224Б |
2 |
50 |
|
Д214А |
10 |
100 |
Д226 |
0,3 |
400 |
|
Д214Б |
2 |
100 |
Д226А |
0,3 |
300 |
|
Д215 |
5 |
200 |
Д231 |
10 |
300 |
|
Д215А |
10 |
200 |
Д231Б |
5 |
300 |
|
Д215Б |
2 |
200 |
Д232 |
10 |
400 |
|
Д232Б |
5 |
400 |
Д244 |
5 |
50 |
|
Д233 |
10 |
500 |
Д244А |
10 |
50 |
|
Д233Б |
5 |
500 |
Д244Б |
2 |
50 |
|
Д234Б |
5 |
600 |
Д302 |
1 |
200 |
|
Д242 |
5 |
100 |
Д303 |
3 |
150 |
|
Д242А |
10 |
100 |
Д304 |
3 |
100 |
|
Д242Б |
2 |
100 |
Д305 |
6 |
50 |
|
Д243 |
5 |
200 |
КД202А |
3 |
50 |
|
Д243А |
10 |
200 |
КД202Н |
1 |
500 |
|
Д243Б |
2 |
200 |
|
|
|
|
Варианты задания №2 |
|||
|
№ варианта по списку |
№ варианта задачи |
||
|
1 |
1 |
31 |
61 |
|
2 |
2 |
32 |
62 |
|
3 |
3 |
33 |
63 |
|
4 |
4 |
34 |
64 |
|
5 |
5 |
35 |
65 |
|
6 |
6 |
36 |
66 |
|
7 |
7 |
37 |
67 |
|
8 |
8 |
38 |
68 |
|
9 |
9 |
39 |
69 |
|
10 |
10 |
40 |
70 |
|
11 |
11 |
41 |
71 |
|
12 |
12 |
42 |
72 |
|
13 |
13 |
43 |
73 |
|
14 |
14 |
44 |
74 |
|
15 |
15 |
45 |
75 |
|
16 |
16 |
46 |
76 |
|
17 |
17 |
47 |
77 |
|
18 |
18 |
48 |
78 |
|
19 |
19 |
49 |
79 |
|
20 |
20 |
50 |
80 |
|
21 |
21 |
51 |
81 |
|
22 |
22 |
52 |
82 |
|
23 |
23 |
53 |
83 |
|
24 |
24 |
54 |
84 |
|
25 |
25 |
55 |
85 |
|
26 |
26 |
56 |
86 |
|
27 |
27 |
57 |
87 |
|
28 |
28 |
58 |
88 |
|
29 |
29 |
59 |
89 |
|
30 |
30 |
60 |
90 |
Указания к решению задания №3
h-параметры биполярного транзистора
Для анализа и расчета цепей с биполярными транзисторами используют, так называемые, h-параметры транзистора. В усилительных устройствах входным и выходным сигналами являются приращения входных и выходных напряжений и токов.
h11= при Uвых=const – это входное сопротивление биполярного транзистора [ Ом ];
h12= при Iвх=const – это безразмерный коэффициент обратной связи по напряжению;
h21= при Uвых=const – это безразмерный коэффициент передачи тока (коэффициент усиления по току);
h22= при Iвх=const – это выходная проводимость транзистора.
Две цифры, стоящие рядом с буквой h, помогают проверить правильность записи h-параметра:
- первая цифра указывает на то, какая величина тока или напряжения записывается в числитель формулы h-параметра (1-входная, 2-выходная);
- вторая цифра указывает на то, что записывается в знаменатель:
1-входная величина, 2-выходная величина, например,
h11Э : в числителе – входная величина - приращения входного напряжения (1)
в знаменателе – входная величина – приращение входного тока (1)
Буква э указывает на то, что h-параметры записаны для схемы с общим эмиттером.
h11Э= при Uкэ=const
h12Э= при Iб=const
h21Э= при Uкэ=const
h22Э= при Iб=const
Для определения h-параметров используют выходные и входную характеристики биполярного транзистора. Приведем пример расчета h-параметров биполярного транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером (ОЭ) с заданными входными и выходными характеристиками.
Сначала определяем наибольший линейный участок входной вольтамперной характеристики по касательной, проведенной к входной характеристике. В точке 1 касательная расходится с входной характеристикой. Базовый ток в этой точке приблизительно равен 200 мкА. Характеристический треугольник для определения h-параметров можно построить выше этой точки. Все треугольники, построенные выше этой точки на касательной, как на гипотенузе прямоугольного треугольника подобны, поэтому отношения сторон в подобных треугольниках будут одинаковы.
На выходных характеристиках характеристический треугольник можно построить на линейном участке той выходной характеристики, которая снята при базовом токе выше 200 мкА. Треугольник можно построить между двух смежных выходных характеристик.
Например, возьмем выходную характеристику, снятую при Iб=500 мкА. Проведем касательную к этой характеристике и определим линейный участок этой выходной характеристики. Все прямоугольные треугольники, построенные на линейном участке касательной, как на гипотенузе будут подобны, и отношения сторон этих подобных треугольников будут неизменны (одинаковы). Так как характеристический треугольник на выходных характеристиках построен Iб2=500мкА и Iб1=425мкА, то для построения треугольника на входной характеристике возьмем те же базовые токи. Из точек Iб1 и Iб2 проведем прямые линии, пересекающие входную характеристику, и определим гипотенузу прямоугольного треугольника. Достраиваем треугольник. Из полученных характеристических треугольников определяем :
UКЭ= UКЭ2 – UКЭ1 [ В ]
IK= IK2 – IK1 [ А ]
IБ= IБ2 – IБ1 [ А ]
UБЭ= UБЭ2 – UБЭ1 [ В ]
и подставляем в формулы h-параметров. Следует помнить, что
1мА=1*10-3А;
1мкА=1*10-6А.
Для проверки правильности расчета определим :
1/ h22Э=Rвых, если Rвых > Rвх, то есть (1/ h22Э) > h11, то расчет выполнен верно.
Построение динамической или нагрузочной характеристики и режимы работы биполярного транзистора
= 100 мА
Е = 25 В
Rк = 500 Ом
Холостой ход ( когда выход разомкнут).
Режим холостого хода (хх).
Uxx = Ukэ = Eп = 25 В
Ixx = Ik = 0
Iкз =
Uкз = Uкэ = 0
Rк – между базой и коллектором.
Режим линейного усиления ( режим «А» )
Через точку 0 проходит линия перегиба синусоиды.
= min ( коэффициент искажения )
= 2530 % ( КПД )
КА – неск. дес. ( коэффициент усиления )
Режим «А» - режим линейного усиления : рабочая точка или точка покоя берется в средней части линейного участка переходной характеристики. При этом как входной сигнал тока и напряжения, так выходные сигналы тока и напряжения сохраняют свою симметричность и синусоидальность.
Режим А используется в усилителях напряжения низкой частоты (УНЧ), в каскадах предварительного усиления мощных усилителей, в бестрансформаторных усилителях мощности, в автогенераторах и т.д.
Режим отсечки ( режим «В» )
В режиме В – режиме отсечки точка покоя берется в том месте, где нагрузочная линия пересекает выходную характеристику, снятую при Iб = 0. В этом режиме сигнал на входе симметричным синусоидам, а на выход проходит только половина синусоид I и U при этом :
> 70 %
КВ > KА
>
Режим используется в ключевых режимах работы транзистора, в двухтактных усилителях мощности и т.д.
Режим «АВ»
Входной ток остается симметричным, а выходные искажаются.
< <
KA < KAB < KB
< <
Импульсный режим ( режим «С» )
90 %
КС > КВ
>
В режиме С точка покоя берется ниже точки 0 режима В, то есть когда базовый ток сменил знак на противоположный, в этом случае входной сигнал остается симметричным синусоидам, а на выход проходят только части одной полусинусоиды.
Используется в импульсной технике, микроэлектронике и т.д.
Задание №3
В соответствии с вариантом рассчитать h – параметры биполярного транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером. Построить нагрузочную линию, переходную характеристику и режим, указанный в задании.
Вариант №1
П-27 Еп = 2,5 В Rк = 500 Ом
∆Iб = 0,01 мА Режим «АВ»
Вариант №2
МП-111 Еп = 7 В Rк = 350 Ом
∆Iб = 0,05 мА Режим «АВ»
Вариант №3
ГТ-122А Еп = 9 В Rк = 450 Ом
∆Iб = 0,05 мА Режим «А»
Вариант №4
КТ-104А Еп = 15 В Rк = 200 Ом
∆Iб = 0,1 мА Режим «В»
Вариант №5
КТ-210А Еп = 4 В Rк = 400 Ом
∆Iб = 0,05 мА Режим «В»
Вариант №6
КТ-214 Еп = 15 В Rк = 1250 Ом
∆Iб = 0,1 мА Режим «АВ»
Вариант №7
КТ-215А Еп = 5 В Rк = 2500 Ом
∆Iб = 0,001 мА Режим «АВ»
Вариант №8
КТ-312А Еп = 15 В Rк = 375 Ом
∆Iб = 0,1 мА Режим «А»
Вариант №9
КТ-331А Еп = 9 В Rк = 900 Ом
∆Iб = 0,2 мА Режим «В»
Вариант №10
КТ-350А Еп = 10 В Rк = 33,3 Ом
∆Iб = 5 мА Режим «В»
Вариант №11
КТ-343А Еп = 8 В Rк = 200 Ом
∆Iб = 0,1 мА Режим «А»
Вариант №12
КТ-348А Еп = 4,5 В Rк = 3000 Ом
∆Iб = 0,002 мА Режим «А»
Вариант №13
КТ-349А Еп = 15 В Rк = 375 Ом
∆Iб = 1 мА Режим «А»
Вариант №14
КТ-351А Еп = 16 В Rк = 40 Ом
∆Iб = 10 мА Режим «А»
Вариант №15
КТ-352А Еп = 16 В Rк = 80 Ом
∆Iб = 2 мА Режим «В»
Вариант №16
КТ-369А Еп = 6 В Rк = 60 Ом
∆Iб = 3 мА Режим «В»
Вариант №17
КТ-373А Еп = 10 В Rк = 1538 Ом
∆Iб = 0,025 мА Режим «В»
Вариант №18
КТ-379А Еп = 8 В Rк = 1600 Ом
∆Iб = 0,01 мА Режим «АВ»
Вариант №19
КТ-380А Еп = 5 В Rк = 312,5 Ом
∆Iб = 0,05 мА Режим «С»
Вариант №20
КТ-3102А Еп = 30 В Rк = 750 Ом
∆Iб = 0,2 мА Режим «А»
p n p
p n p
Рис. 2. Подключение источников Еэ и Ек
к биполярному транзистору.
+ + + - - - + + +
+ + + - - - + + +
+ + + - - - + + +
Iко
Ек
––––-
+
p n p
Iэ=0
+ + + - - ++ - - + + + + + + - - ++ - - + + + + + + - - ++ - - + + +
p n p
Ек
–
–
Iб
+
+
Iк
Iэ
а)
б)
Рис. 3. Входные и выходные характеристики
биполярного транзистора
а) б)
Рис. 4. Статические характеристики передачи тока (а) и обратной связи (б) транзистора,
включенного по схеме с общим эмиттером.
p n p
Э Б К
+
–
евх
–
+
С
Rк
Ек
Uвых
Рис. 5. Схема подключения источника входного сигнала к биполярному
транзистору
ис. 6. Схемы включения транзистора:
а – ОБ, б – ОЭ, в – ОК.
Rэ
С2
Rк
в)
Uвых
Uвх
–
+
R
С2
VT
Ек
+
–
С2
Rк
б)
Uвых
Uвх
–
+
R
С1
VT
Ек
+
–
а)
Uвых
Ек
Еэ
+
–
+
–
евх еевх
VТ
С2
е Rк
Cэ
VT
Рис. 7. Схемы: а - фиксации смещения;
б - эмиттерной температурной стабилизации
+Ек
к нагрузке
Rэ
С2
С1
Rк
R1
а)
–Е1
+Е1
к нагрузке
С2
R2
VТ
С1
Rк
R1
б)