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
Министерство образования Республики Беларусь
Учреждение образования
БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
Контрольная работа по курсу
"Основы радиоэлектроники и схемотехники"
2009
Задание 1
Дано:
Uвых = 10 В
Iн = 40 мА
DUвых = 10 мВ
Рассчитать стабилизированный источник питания с мостовой схемой выпрямителя.
Решение:
1. Выберем стабилитрон VD5 исходя из следующих условий:
Uст = Uвых
Iст > Iн
Данным условиям удовлетворяет стабилитрон КС510А, параметры которого приведем в таблице 1.
Таблица 1
Uст, В Iстmin, мА Iстmax, мАrст, Ом
aUст, %/0C
10 1 79 20 +0,082. Так как ток Iн = 40 мА, то зададимся коэффициентом стабилизации Kст = 60.
3. Определим амплитуду пульсаций на входе стабилизатора
Kст = DUвхст/DUвых
DUвхст = Kст×DUвых = 60×0,01 = 0,6 (В)
4. Определим сопротивление гасящего резистора, обеспечивающее требуемый коэффициент стабилизации:
Выберем из ряда с отклонением 5% реальное сопротивление резистора Rг, ближайшим к рассчитанному значению сопротивления имеет резистор с номиналом 1,2 кОм.
5. Определим рабочий ток стабилитрона:
Iстmin £ Iст £ (Iстmax-Iн)
Iст = 79-40 = 39 (мА)
6. Определим ток гасящего резистора:
Iг = Iст + Iн = 39 + 40 = 79 (мА)
7. Определим сопротивление нагрузки:
Выберем из ряда с отклонением 5% реальное сопротивление резистора Rн, ближайшим к рассчитанному значению сопротивления имеет резистор с номиналом 240 Ом.
8. Необходимое постоянное напряжение на входе стабилитрона равно:
Uвхст = Uвых + IгRг = 10 + 0,079×1200=94,8 (В)
9. Рассчитаем температурный уход выходного напряжения стабилизатора при изменении температуры на +500.
10. Результаты расчета сведем в таблицу 2
Таблица 2
Тип стабилитрона Uвхст, В DUвхст, мВ Uвых, В DUст, мВ DUвых, мВ Iст, мА Iг, мА Кст Rн, Ом Rг,Ом КС510А 94,8 600 10 400 10 39 79 60 240 120011. Для расчета выпрямителя исходными данными являются следующие рассчитанные параметры стабилизатора:
Uвыхвыпр = Uвхст = 94,8 (В)
DUвыхвыпр = DUвхст = 0,6 (В)
Iнвыпр m = Iг = 79 (мА)
12. Определим амплитуду входного напряжения выпрямителя:
Uвхm = Uвхст + DUвхст + Uпр,
где Uпр – падение напряжения на прямосмещенном диоде выпрямителя.
Примем падение напряжения на одном диоде Uпр = 1 В. Поскольку в мостовой схеме два прямосмещенных диода включенных последовательно, то падение напряжения будет равно 2 В. Отсюда амплитуда входного напряжения выпрямителя равна:
Uвхm = 94,8 + 0,6 + 2 » 98 (В)
13. Рассчитаем емкость конденсатора, при этом частоту входного напряжения примем равной f=50Гц:
Выберем из ряда с отклонением 20% реальную емкость конденсатора C, ближайшим к рассчитанному значению емкости имеет конденсатор с номиналом 1500 мкФ.
14. Определим амплитуду обратного напряжения на диоде для мостовой схемы:
Umобр = Uвх m = 98 (В)
15. По рассчитанным параметрам выберем диоды для схемы выпрямителя причем:
Iнвыпр m < Iпрmax
Umобр < Uобрmax
Результаты расчета сведем в таблицу 3.
Таблица 3
Тип диода С, мкФ Umобр, В Uвхm, В КД226А 1500 98 98Задание 2
Усилительный каскад с ОЭ
Решение:
1. Для обеспечения стабилизации рабочей точки падение напряжения на резисторе Rэ выбираем из условия:
Uэ = IэRэ = 0,2Uкэ = 0,2×9 = 1,8 (В)
2. Напряжение питания для обеспечения максимального значения амплитуды неискаженного выходного сигнала выберем исходя из следующего условия:
Uип = 2Uкэ + Uэ = IкRк + Uкэ +Uэ = 2×9 + 1,8 = 19,8 (В)
3. Сопротивления резисторов RЭ и RК находим по выражениям
Rк = (Uип - Uкэ - Uэ ) / Iк =(19,8-9-1,8)/0,008 = 1125 (Ом) ,
Rэ = Uэ/Iэ,
т.к. можно считать, что Iэ » Iк, то сопротивление Rэ будет равно:
Rэ » Uэ/Iк » 1,8/0,008 » 225 (Ом)
Выберем из ряда с отклонением 5% реальные сопротивления резисторов Rк и Rэ, ближайшими к рассчитанным значениям сопротивлениями обладают резисторы с номиналами 1,1 кОм и 220 Ом соответственно.
4. Определим ток базы
Iб = Iк/ h21э
Определим по справочнику коэффициент передачи по току для транзистора КТ3102А, h21э = 200…500. Пусть h21э = 300, тогда
Iб = 0,008/300 » 27 (мкА)
5. Определим потенциал базы транзистора:
Uб = Uбэ + Uэ,
где напряжение база – эмиттер в рабочей точке для кремниевого транзистора можно принять Uбэ = 0,6 В.
Uб = 0,6 + 1,8 = 2,4 (В)
6. Для обеспечения работоспособности схемы стабилизации задаемся током делителя напряжения, образованного резисторами R1 и R2, в десять раз больше, чем ток базы:
Iд = 10×Iб = 10×27×10-6 = 0,27 (мА)
7. Находим сопротивления R1 и R2:
R1 = (Uип-Uб)/(Iд + Iб) = (19,8 – 2,4)/(270×10-6 + 27×10-6) = 74747 (Ом)
R2 = Uб/Iд = 2,4/270×10-6 = 8888 (Ом)
Выберем из ряда с отклонением 5% реальные сопротивления резисторов R1 и R2, ближайшими к рассчитанным значениям сопротивлениями обладают резисторы с номиналами 75 кОм и 9,1 кОм соответственно.
8. Определим емкости конденсаторов при выполнении которых значение коэффициента усиления по напряжению на нижней граничной частоте fн = 20 Гц уменьшается не более чем в 2 раз.
где Rвх - входное сопротивление каскада.
где - входное сопротивление транзистора
Значения DUбэ и DIб определим по входным характеристикам транзистора
Выберем из ряда с отклонением 20% реальную емкость конденсатора C1, ближайшим большую сторону к рассчитанному значению емкости имеет конденсатор с номиналом 68 мкФ.
Выберем из ряда с отклонением 20% реальную емкость конденсатора C2, ближайшим в большую сторону к рассчитанному значению емкости имеет конденсатор с номиналом 22 мкФ.
Выберем из ряда с отклонением 20% реальную емкость конденсатора Cэ, ближайшим в большую сторону к рассчитанному значению емкости имеет конденсатор с номиналом 470 мкФ.
9. Рассчитаем коэффициент усиления каскада по току:
10. Рассчитаем коэффициент усиления каскада по напряжению:
где rэ – дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода.
где Iэ0 – ток эмиттера в рабочей точке Iэ0 » Iк,
jт – тепловой потенциал равный 26 мВ.
11. Определим сквозной коэффициент усиления по напряжению:
12. Определим выходное сопротивление:
Определим выходную проводимость транзистора h22э по выходным характеристикам
∆Iк
13. Определим нижние граничные частоты при выбранных емкостях C1, C2 и Сэ:
14. Определим коэффициенты частотных искажений, обусловленных фильтрами, на частоте f=20Гц:
, где n = 1, 2, 3
Мн1 = 1,21
Мн2 = 1,23
Мн3 = 1,26
15. Определим верхние граничные частоты:
где Сэ и Ск справочные данные емкостей переходов транзистора равные 15 пФ и 6 пФ соответственно.
Скэкв = (Ku + 1)Ск = (72,5+1)∙6∙10-12 = 441 (пФ)
(Гц)
(Гц)
16. Определим коэффициенты частотных искажений на частоте f = 20 кГц:
, где n = 1, 2
Мв1 = 1,000004
Мв2 = 1,00005.
Расчет каскада с ОБ
1. Для обеспечения стабилизации рабочей точки падение напряжения на резисторе Rэ выбираем из условия:
Uэ = IэRэ = 0,2Uкэ = 0,2×9 = 1,8 (В)
2. Напряжение питания для обеспечения максимального значения амплитуды неискаженного выходного сигнала выберем исходя из следующего условия:
Uип = 2Uкэ + Uэ = IкRк + Uкэ +Uэ = 2×9 + 1,8 = 19,8 (В)
3. Сопротивления резисторов Rэ и Rк находим по выражениям
Rк = (Uип - Uкэ - Uэ ) / Iк =(19,8-9-1,8)/0,008 = 1125 (Ом) ,
Rэ = Uэ/Iэ,
т.к. можно считать, что Iэ » Iк, то сопротивление Rэ будет равно:
Rэ » Uэ/Iк » 1,8/0,008 » 225 (Ом)
Выберем из ряда с отклонением 5% реальные сопротивления резисторов Rк и Rэ, ближайшими к рассчитанным значениям сопротивлениями обладают резисторы с номиналами 1,1 кОм и 220 Ом соответственно.
4. Определим ток базы
Iб = Iк/ h21э
Определим по справочнику коэффициент передачи по току для транзистора КТ3102А, h21э = 200…500. Пусть h21э = 300, тогда
Iб = 0,008/300 » 27 (мкА)
5. Определим потенциал базы транзистора:
Uб = Uбэ + Uэ,
где напряжение база – эмиттер в рабочей точке для кремниевого транзистора можно принять Uбэ = 0,6 В.
Uб = 0,6 + 1,8 = 2,4 (В)
6. Для обеспечения работоспособности схемы стабилизации задаемся током делителя напряжения, образованного резисторами R1 и R2, в десять раз больше, чем ток базы:
Iд = 10×Iб = 10×27×10-6 = 0,27 (мА)
7. Находим сопротивления R1 и R2:
R1 = (Uип-Uб)/(Iд + Iб) = (19,8 – 2,4)/(270×10-6 + 27×10-6) = 74747 (Ом)
R2 = Uб/Iд = 2,4/270×10-6 = 8888 (Ом)
Выберем из ряда с отклонением 5% реальные сопротивления резисторов R1 и R2, ближайшими к рассчитанным значениям сопротивлениями обладают резисторы с номиналами 75 кОм и 9,1 кОм соответственно.
8. Определим емкости конденсаторов при выполнении которых значение коэффициента усиления по напряжению на нижней граничной частоте fн = 20 Гц уменьшается не более чем в 2 раз.:
где Rвх - входное сопротивление каскада включенного по схеме с ОБ;
Rвых – выходное сопротивление каскада включенного по схеме с ОБ.
Rвых = Rк = 1100 (Ом)
где - входное сопротивление транзистора
где rэ – дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода.
h21б – коэффициент передачи по току для схемы с ОБ.
где Iэ0 – ток эмиттера в рабочей точке Iэ0 » Iк,
jт – тепловой потенциал равный 26 мВ.
h21б = Iк/Iэ = Iк/(Iк+Iб) = 8/8,027 = 0,99
Выберем из ряда с отклонением 20% реальную емкость конденсатора C1, ближайшим большую сторону к рассчитанному значению емкости имеет конденсатор с номиналом 22 мкФ.
Выберем из ряда с отклонением 20% реальную емкость конденсатора C2, ближайшим в большую сторону к рассчитанному значению емкости имеет конденсатор с номиналом 15 мкФ.
Выберем из ряда с отклонением 20% реальную емкость конденсатора Cэ, ближайшим в большую сторону к рассчитанному значению емкости имеет конденсатор с номиналом 10 мкФ.
9. Рассчитаем коэффициент усиления каскада по току:
10. Рассчитаем коэффициент усиления каскада по напряжению:
13. Определим нижние граничные частоты при выбранных емкостях C1, C2 и Сэ:
14. Определим коэффициенты частотных искажений, обусловленных фильтрами, на частоте f=20Гц:
, где n = 1, 2, 3
Мн1 = 1,41
Мн2 = 1,44
Мн3 = 1,4
15. Определим верхние граничные частоты:
где Сэ и Ск справочные данные емкостей переходов транзистора равные 15 пФ и 6 пФ соответственно.
Скэкв = (Ku + 1)Ск = (71+1)∙6∙10-12 = 432 (пФ)
(Гц)
16. Определим коэффициенты частотных искажений на частоте f = 20 кГц:
, где n = 1
Мв1 = 1,0000002
Мв2 = 1,00005
Расчет каскада с ОК
Решение
1. Вычисляем максимально возможное значение амплитуды тока нагрузки, соответствующее идеальному согласованию, когда Uвых = Eг:
2. Выбираем рабочую точку БТ:
Iэ = 1,3Iн = 1,3×5,3 = 6,89 (мА)
Uкэ = Uэ = IэRэ = Uип/2 = 15/2 = 7,5 (В)
3. Сопротивление резистора Rэ находим по формуле:
Rэ = Uэ/Iэ = 7,5/0,00689 =1088 (Ом),
Выберем из ряда с отклонением 5% реальное сопротивление резистора Rэ, ближайшим к рассчитанным значениям сопротивления обладает резистор с номиналом 1,1 кОм
4. Определим ток базы
Iб = Iэ/ h21э
Определим по справочнику коэффициент передачи по току для транзистора КТ3102А, h21э = 200…500. Пусть h21э = 300, тогда
Iб = 0,00689/300 » 23 (мкА)
5. Определим потенциал базы транзистора:
Uб = Uбэ + Uэ,
где напряжение база – эмиттер в рабочей точке для кремниевого транзистора можно принять Uбэ = 0,6 В.
Uб = 0,6 + 7,5 =8,1 (В)
6. Для обеспечения работоспособности схемы стабилизации задаемся током делителя напряжения, образованного резисторами R1 и R2, в десять раз больше, чем ток базы:
Iд = 10×Iб = 10×23×10-6 = 0,23 (мА)
7. Находим сопротивления R1 и R2:
R1 = (Uип-Uб)/(Iд + Iб) = (15 – 8,1)/(230×10-6 + 23×10-6) = 27272 (Ом)
R2 = Uб/Iд = 8,1/270×10-6 = 30000 (Ом)
Выберем из ряда с отклонением 5% реальные сопротивления резисторов R1 и R2, ближайшими к рассчитанным значениям сопротивлениями обладают резисторы с номиналами 27 кОм и 30 кОм соответственно.
8. Определим емкости конденсаторов при выполнении которых значение коэффициента усиления по напряжению на нижней граничной частоте fн = 20 Гц:
где Rвх - входное сопротивление каскада включенного по схеме с ОК;
Rвых – выходное сопротивление каскада включенного по схеме с ОК.
Rвых = 17 (Ом)
где - входное сопротивление транзистора
Выберем из ряда с отклонением 20% реальную емкость конденсатора C1, ближайшим большую сторону к рассчитанному значению емкости имеет конденсатор с номиналом 6,8 мкФ.
Выберем из ряда с отклонением 20% реальную емкость конденсатора C2, ближайшим в большую сторону к рассчитанному значению емкости имеет конденсатор с номиналом 22 мкФ.
9. Рассчитаем коэффициент усиления каскада по току:
10. Рассчитаем коэффициент усиления каскада по напряжению:
13. Определим нижние граничные частоты при выбранных емкостях C1, C2 и Сэ:
14. Определим коэффициенты частотных искажений, обусловленных фильтрами, на частоте f=20Гц:
, где n = 1, 2, 3
Мн1 = 1,41
Мн2 = 1,35
15. Определим верхние граничные частоты:
Ск справочные данные емкости перехода транзистора равная 6 пФ:
16. Определим коэффициенты частотных искажений на частоте f = 20 кГц:
, где n = 1, 2, 3
Мв1 = 1,000003
Мв2 = 1,00002
Мв3 = 1,000002
Задание 3
Решение:
1. По заданным Uип и Uвыхmax определим Rк
Uип экв = Uип×Rн /(Rк + Rн ),
Rк экв = Rк×Rн /(Rк + Rн ).
Uвыхmax = Uип экв - Iкб0 Rк экв
Поскольку ток Iкб0 = 0,05 мкА (см. приложение 3), то выразив Rк из формул имеем:
Выберем из ряда с отклонением 5% реальное сопротивление резистора Rк, ближайшим к рассчитанному значению сопротивления обладает резистор с номиналом 2,0 кОм.
2. По известному Rк определим Uип экв и Rк экв
Uип экв = Uип×Rн /(Rк + Rн ) = 15×8200/(2000+8200) = 12,06 (В),
Rк экв = Rк×Rн /(Rк + Rн) = 2000×8200/(2000+8200) = 1608 (Ом).
3. На семействе выходных ВАХ БТ построим нагрузочную прямую, описываемую уравнением
Iк(Uкэ) = (Uип экв – Uкэ) Rк экв
По координатам точек пересечения нагрузочной прямой с выходными характеристиками, соответствующими токам базы Iб = Iб';Iб'';…, определяются значения напряжения коллектор – эмиттер, которое является выходным Uкэ = Uвых . Далее по входной характеристике БТ Iб = f (Uбэ) при Uкэ > 0 для тех же значений тока базы находятся соответствующие напряжения база-эмиттер Uбэ = Uбэ';Uбэ'';… .
Входное напряжение рассчитывается согласно выражению
По известным U0вых, U1вых и U0пор, U1пор построим передаточную характеристику
4. Определим значения тока коллектора и базы Iкн, Iбн, соответствующие режиму насыщения, а также значение тока базы Iбm при максимальном значении входного напряжения Uвхm.
Iкн = (Uипэкв – U0вых)/Rкэкв = (12,06 - 0,32)/1608 = 7,3 (мА)
Iбн = (Uипэкв - U0вых)/(Rкэкв×h21э) = (12,06 – 0,32)/300×1608 = 24 (мкА)
S = Iбm/Iбн
Iбm = S×Iбн = 2×24 = 48 (мкА)
Uвхm = 1,1 U1пор = 1,1×9 = 9,9 (В)
выпрямитель каскад коллектор резистор
5. Определим сопротивление резистора R1:
R1 = (U1пор - U0пор)/Iбm = (9-2)/0,000048 = 145833 (Ом)
Выберем из ряда с отклонением 5% реальное сопротивление резистора R1, ближайшим к рассчитанному значению сопротивления обладает резистор с номиналом 150 кОм.
6. Определим сопротивление R2
U0пор = (Uбэпор(R1+R2)+UсмR1)/R2
Выразим R2 и приняв Uбэпор = 0,6 В имеем:
R2 = (Uбэпор+Uсм)R1/(U0пор-Uбэпор) = (0,6+4)×150000/(2-0,6) = 492857 (Ом)
Выберем из ряда с отклонением 5% реальное сопротивление резистора R2, ближайшим к рассчитанному значению сопротивления обладает резистор с номиналом 510 кОм.
7. Рассчитаем быстродействие транзисторного ключа:
tвкл = tвклln(S/(S-1))
где tвкл – постоянная времени включения, определяемая выражениями
tвкл = th21э + tк
th21э = 1/(2pfh21э) = 1/(2p× 100×106) = 1,6 (нс)
tк = (Cк + Cн )Rкэкв = (6×10-12 + 0,1×10-9)×1608 = 0,17 (мкс)
tвкл = 1,6×10-9 + 0,17×10-6 = 0,172 (мкс)
tвкл = 0,172×ln(2) = 0,12 (мкс)
tзад выкл = (th21э/2)ln((Iб+Iбобр)/(Iбн+Iбобр))
Iбобр = Uсм/R2 = 4/510000 = 7,8 (мкА)
Iб = Iкбm = 48 (мкА)
tзад выкл = 0,8×10-9×ln((48+7,8)/(24+7,8)) = 0,45 (нс)
tсп = th21эln(1+Iбн/Iбобр) = 1,6×10-9ln(1+24/7,8) = 2,25 (нс)
tнрU = 2,3tк = 2,3×0,17 = 0,391 (мкс)