Электроника и микропроцессорная техника

кОм;

так как r^*  R ,

к кн

к

кн

к

кн
то τ_к  С^*R  С (1 β)R
 510^12 50 2,310³  0,5810^6 с.

Постоянная времени коэффициента передачи тока базы

τ_в 
1
2πf_h21э
 1

23,1410010³

1,610^6 с.

Постоянная времени усилителя в области верхних частот

_{τ } (1,6  0,58) 10^{6 в} 1 490,31
 0,1310^6 с.

Верхняя граничная частота усилителя

f_в 
1
2πτ_в
 1

23,140,1310^6

1,2210⁶
Гц.

Коэффициент усиления по напряжению

βR
_{KU }кн _ 3

(492,310³)

 4,11.

R  R
г вх

10 150 (25  510)(1 49)

Пример 3.8 Между предварительным усилителем и выходным каскадом с общим коллектором установлен разделительный конден-

сатор С₁ (рисунок 3.9). В цепи нагрузки также стоит конденсатор С₂.

к
Параметры транзисторов: β = 80; r_э = 5 Ом; r_б = 50 Ом; r^* = 10 кОм.
Найти коэффициент передачи усилителя и сдвиг фазы выходного сигнала относительно входного синусоидального сигнала частотой 100 Гц. Элементы: R_г = 2 кОм; R_э = 1 кОм; R_н = 100 Ом; R₁ = 39 кОм; R₂ = 62 кОм; С₁ = 0,1 мкФ; С₂ = 10 мкФ.
R_н

Решение

Рисунок 11.9 – Усилительный каскад с общим коллектором

где
Входное сопротивление каскада ОК
R_вх  r_б  (r_э  R_Эн )(1β),

^RЭн
 R_э
|| R_н

_ 10³ 100

10³ 100
 99 Ом,

тогда
^Rвх
 50  (5  99)(1 80)  8,4510³ Ом.

Коэффициент передачи по напряжению для средних частот
(1 β)R
_{KU 0 }Эн _,

где
R
г экв

• 
  R R  R
  

вх г б

R_б  R₁
|| R₂
 ^{39 62} 10³  24,110³ Ом; 39  62

^Rг экв
 R_г
|| R_б
 ^224,1 10³ 1,8510³ Ом.
2  24,1

Вычислим:


^KU 0
_ (180)99
1,8510³ 8,4510³ 210³  24,110³

 0,72.

Постоянная времени входной цепи

вх
₁  С₁(R_г  R^' ),

вх

R
где
^'  R_б
|| R_вх
 ^24,18,45 10³  6,2510³ Ом.
24,18,45

где
₁  0,110^6  (2 10³  6,2510³)  0,825 10^3 с.

Постоянная времени выходной цепи
 ₂  С₂ (R_вых  R_н ),

^{ r}_э ^(r_б ^{ R}_{г экв}^{) } ₃ ^5(501850) ^₃

R_вых  R_э ||^



1β
^10


||^
_
180
^10
_
||28,427,6 Ом.

Отсюда
 ₂ 10 10^6  (27,6 100) 1,2810^3 с.

Результирующая постоянная времени каскада в области низких частот
 ^1 ^1  0,510^3 с.

^н 1/₁ 1/ ₂
1/ 0,82510^3 1/1,2810^3

Нижняя граничная частота

f _н 
1
2πτ_н
 1

23,140,510^3

 318
Гц.

Коэффициент передачи каскада на частоте 100 Гц

K_U ( f
100
Гц) 
^KU 0 _
0,72
 ^0,72  0,22.
3,3

Сдвиг фазы выходного сигнала

φ  arctg
1
ωτ_н
 arctg
f^н  arctg ³¹⁸  72^o30^'.
f 100

Таким образом, выходной сигнал составляет 0,22 от входного и опережает его по фазе на 72^o30^'.

Задачи для решения

1. 
   Найти коэффициенты усиления по напряжению K_U и по току
   

K_I, входное R_вх и выходное R_вых сопротивления усилительного каска-
да с ОЭ (рисунок 3.1), если R_г 1 кОм, R_к  5,1 кОм, R_э  510 Ом,

R_н  100
Ом, и используется транзистор, у которого
^h11э

 800

Ом;

^h12э
 5 10^4 ;
^h21э
 48;
^h22э

 80

мкСм.

2. 
   Найти коэффициенты усиления по напряжению K_U и по току
   

K_I, входное R_вх и выходное R_вых сопротивления усилительного каска-
да с ОЭ (рисунок 3.1), если ^R_г ^{ 10} кОм, ^R_к ^{ 5,1} кОм, R_э  510 Ом,

R_н  10 кОм, и используется транзистор, у которого
^h11э

 800

Ом;

^h12э
 5 10^4 ;
^h21э
 48;
^h22э

 80

мкСм.

3. 
   Найти коэффициенты усиления по напряжению K_U и по току
   

K_I, входное R_вх и выходное R_вых сопротивления усилительного каска-
да с ОБ (рисунок 3.2), если ^R_г ^1 кОм, ^R_к ^1 кОм, R_э  200 Ом,

R_н  10
кОм, и используется транзистор, у которого
^h11б

 30

Ом;

^h12б
 110^4 ;
^h21б
 0,99 ;
^h22б
 1 мкСм.

4. 
   Найти коэффициенты усиления по напряжению K_U и по току
   

K_I, входное R_вх и выходное R_вых сопротивления усилительного каска-
да с ОБ (рисунок 3.2), если ^R_г ^{ 100} Ом, ^R_к ^1 кОм, R_э  200 Ом,

R_н  100
Ом, и используется транзистор, у которого
^h11б

 30

Ом;

^h12б
 110^4 ;
^h21б
 0,99 ;
^h22б
 1 мкСм.

5. 
   Найти коэффициенты усиления по напряжению K_U и по току
   

K_I, входное R_вх и выходное R_вых сопротивления усилительного каска-
да с ОК (рисунок 3.3), если ^R_г ^1 кОм, R_э  3 кОм, ^R_н ^{ 1000} Ом, и

используется транзистор, у которого
^h11б

 25

Ом;
^h12б
 2 10^4 ;

^h21б
 0,985;
^h22э
 1 мкСм.

6. 
   Найти коэффициенты усиления по напряжению K_U и по току
   

K_I, входное R_вх и выходное R_вых сопротивления усилительного каска-
да с ОК (рисунок 3.3), если ^R_г ^{ 10} кОм, R_э  3 кОм, ^R_н ^{ 100} Ом, и

используется транзистор, у которого
^h11б

 25

Ом;
^h12б
 2 10^4 ;

^h21б
 0,985;
^h22э
 1 мкСм.

7. 
   Рассчитать сопротивления резисторов R₁, R₂, R_к в схеме уси- лительного каскада (рисунок 3.10), так, чтобы параметры режима по-
   

стоянного тока были равны:
U_кэ  10 В;
U_бэ  0,72 В;
E_к  20 В;

I_к  20
мА;
I_б  100
мкА;
I₂  1 мА.
к

к
Рисунок 12.10 – Усилительный каскад с общим эмиттером

8. 
   В схеме, показанной на рисунке 3.4, плечи дифференциально- го усилителя неидентичны: R_К1 = 3 кОм, R_К2 = 3,1 кОм. Чему равно напряжение на выходе дифференциального усилителя при U_вх1 = +1 В, U_вх2 = +1,1 В?
   
9. 
   Предоконечный каскад (рисунок 3.11) является одновременно схемой сдвига уровня и должен обеспечивать равенство нулю выход- ного напряжения, когда Е_г = 0. Найти коэффициент передачи каскада по напряжению и коэффициент усиления по току при заданных зна- чениях элементов схемы. Транзисторы идентичны: r_э = 30 Ом; r_б = 200 Ом; h_21Э = 100; h_22Э = 0,25·10^-4 См. Элементы: R_К1 = R_К2 = 3 кОм; R₀ = 10 кОм; R_Э1 = R_Э2 = 1 кОм.
   

+E_к

Рисунок 13.11 – Предконечный усилительный каскад

10. 
    Выбрать типы комплементарных транзисторов в схеме уси- ления мощности (рисунок 3.12), если E_к = ± 10 В, P_к = 20 мВт, I_к = 22 мА.
    

+E_к

Рисунок 14.12 – Схема усиления мощности

R_н
Рисунок 15.13 – Схема усиления мощности

11. 
    Мощность, потребляемая схемами (рисунки 3.12 и 3.13), определяется формулами P₀ = 2Е_кI_к.ср (для схемы на рисунке 3.12), P₀ = 2(0,5Е_кI_к.ср) = Е_кI_к.ср (для схемы на рисунке 3.13), где I_к.ср = I_к/π – средний коллекторный ток транзистора. Выходная мощность схем
    

P_вых = P_н = I_эU_э / 2 ≈ I_нU_н / 2 = U ² / 2R_н. Мощность, рассеиваемая на
н
коллекторе одного транзистора, P_к = (P₀ – P_вых) / 2. Коэффициент по- лезного действия схемы η = P_вых / P₀.
Используя вышеперечисленные формулы, определить коэффици- ент полезного действия в схеме (рисунок 3.12) с параметрами U_н =
=10 В, E_к = 12 В. Схема работает на активную нагрузку R_н = 50 Ом. Какую пару комплементарных транзисторов можно использовать для обеспечения заданных параметров схемы?

12. 
    Какие элементы схемы усилителя мощности (рисунок 3.14) обеспечивают работу транзисторов в режиме класса AB? Определить начальный ток базы каждого транзистора VT₁ (VT₂) при U_вх = 0, если падение напряжения на открытом диоде VD₁ (VD₂) U_д = 0,5 В. На вольтамперной характеристике диода напряжению 0,5 В соответству- ет ток I_д = 3,2 мА. Напряжение источника питания ± Е = 9 В. Сопро- тивление резистора R₁ (R₂) = 2,5 кОм.
    

^Uвх
н
Рисунок 16.13 – Усилитель мощности

13. 
    В схеме ОБ (рисунок 3.7) используется транзистор с пара- метрами: α = 0,99; r_б = 100 Ом; r_э = 10 Ом; r_к = 1 МОм; r_к = 1 Мом; f_α = 50 МГц; C_к = 4 пФ. Внешние элементы: R_г = 0,4 кОм; R_э = 5,1 кОм; R_к = 3 кОм; R_н = 10 кОм. Вычислить амплитуду и дли- тельность фронта выходных импульсов, если на вход воздействуют одиночные прямоугольные импульсы с амплитудой 50 мВ и длитель- ностью 30 нс.
    
14. 
    Как надо изменить параметры в приведенной выше схеме (см. задачу 3.14 и рисунок 3.7), чтобы не меняя транзистора, обеспе- чить передачу импульсов с удовлетворительными фронтами? Как это изменение повлияет на коэффициент усиления схемы?
    
15. 
    Как изменяется верхняя граничная частота и коэффициент усиления каскада ОЭ (см. пример 3.7), если увеличить сопротивление резистора R_э вдвое?
    
16. 
    Рассчитать емкость разделительных конденсаторов для схе- мы рисунка 3.9, если допустимый коэффициент частотных искажений M_н на частоте 100 Гц составляет 1,1.