Григорьев А.Г., Скачко В.Д. Схемотехника аналоговых электронных устройств

Подождите немного. Документ загружается.

3. МЕТОДИКА РЕАЛИЗАЦИИ САМ. РАБОТЫ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ПРАКТ. ЗАДАНИЙ

3.3. Примеры расчета



Схемотехника аналоговых электронных устройств. Метод. указания по самостоятельной работе

-31-

Введение эмиттерного сопротивления уменьшает сопротивление на-

грузки до величины

эо н

470 97,3

80,4Ом.

470 97,3

∗

⋅⋅

= = =

Одновременно возрастает амплитуда коллекторного тока:

вых к

ка

0,97

12,1 10А

80, 4 1,5

∗

−

∗

===⋅<

Падение напряжения на транзисторе повторителя:

кэ3 к см к эо

6,3 6,3 0,02 470 3,2В.U E E IR= + −⋅ = + − ⋅ =

Для предельных параметров транзистора:

кдоп

к ка

кдоп

кэ к

кдоп

12,6

14В,

0,9 0,9

0,02 0,012

0,04А,

0,8 0,8

3,2 0,02

80 10Вт.

0,8 0,8

−



≥= =



≥= =





⋅⋅



≥= =⋅





Указанным требованиям удовлетворяет транзистор типа К1325В,

имеющий в рабочей точке параметры:

β 160 400 252;= ⋅=

б'б3

125 10

2 100Ом;

2,5 10

−

⋅

=⋅=

⋅

( )

б'э3

0,0252

252 1 320Ом;

0,02

r = ⋅ +=

б'к3

2 200 10 400 10Ом;r =⋅ ⋅= ⋅

3. МЕТОДИКА РЕАЛИЗАЦИИ САМ. РАБОТЫ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ПРАКТ. ЗАДАНИЙ

3.3. Примеры расчета



Схемотехника аналоговых электронных устройств. Метод. указания по самостоятельной работе

-32-

12 12

эб2

1 0,82

2,5 10 7,2 10Ф;

0,82 0,6

−−

=⋅⋅ =⋅

−

т3

9 12

2 10

2120 10Гц;

0,01 0,02

12π 10 7,2 10 0,0252

0,01 0,02

−

⋅

= = ⋅

−

+⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅

⋅

б'э3

252

τ 1,89 10с;

2π 2,12 10

−

= = ⋅

⋅⋅

12 12

б'к3

0,5 2,5 10 1,41 10Ф.

3,5

−−

=⋅⋅ ⋅ = ⋅

Значение параметров транзисторов К1331Б, входящих в состав ИС

К265УВ6, возьмем из предыдущего примера:

б'б1 б'б2

б'э1 б'э2

б'к1 б'к2

β β 69;

36Ом;

401Ом;

600 10Ом;

= =

= = ⋅

т1 т2

б'э1 б'э2

б'к1

б'к2

482 10Гц;

τ τ 2,28 10с;

3,4 10Ф;

2,7 10Ф.

−

= = ⋅

= ⋅

Теперь нужно уточнить значения сопротивлений, найденные ранее

приближенно:

выходное сопротивление эмиттерного повторителя

вых

эо к б'б б'э

1β 1 1 252 1

4,31Ом;

470 670 100 320

R Rr r

−



=+=+ =



++ + +



величина согласующего сопротивления

3. МЕТОДИКА РЕАЛИЗАЦИИ САМ. РАБОТЫ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ПРАКТ. ЗАДАНИЙ

3.3. Примеры расчета



Схемотехника аналоговых электронных устройств. Метод. указания по самостоятельной работе

-33-

доп вых

ρ 50 4,31 45,7Ом;RR=−=−=

сопротивление нагрузки эмиттерного повторителя

( )

эо доп

470 50 45,7

79,5Ом.

ρ 470 50 45,7

∗

⋅+

= = =

++ + +

Граничная частота эмиттерного повторителя [2, (10.7

)]

( )

к б'б3 б'э3 н

вэп

к б'б3 б'э3 н

β1

Rr r R

∗

+ + + ⋅+

=⋅=

+++

2,12 10 670 100 320 79,5 (252 1)

213 10Гц,

252 670 100 320 79,5

⋅ +++ ⋅ +

=⋅=⋅

+++

коэффициент усиления каскада в схеме с ОЭ

к б'б3 б'э3

β 252 79,5

18,4.

670 100 320

Rr r

∗

⋅⋅

= = =

++ ++

Площадь усиления секции ОЭ – ОБ [2, (11.7)

]

0,5

к т т 0 к б'э1

г б'б1 г б'б1

2π

П1 1

Rf fCR r

Rr Rr

−







⋅ ⋅⋅ ⋅



= ⋅+ ⋅+ =















0,5

8 8 12

670 4,82 10 2π 4,82 10 6,6 10 670 401

502 100 69 502 100

571 10

Гц,

−







⋅⋅ ⋅⋅⋅⋅⋅





= ⋅+ ⋅+ =















= ⋅

где

12 12 12 12

0б'к2 б'к3 м

2,7 10 1,4 10 2,5 10 6,6 10Ф.СC C C

−− − −

=++=⋅+⋅+⋅=⋅

Считая секцию и эмиттерный повторитель взаимокорректированными

каскадами, найдем эквивалентную площадь усиления [2, (10.11)

3. МЕТОДИКА РЕАЛИЗАЦИИ САМ. РАБОТЫ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ПРАКТ. ЗАДАНИЙ

3.3. Примеры расчета



Схемотехника аналоговых электронных устройств. Метод. указания по самостоятельной работе

-34-

0вэп

П 571 10

П 498 10 Гц,

571 10

18,4 213 10

⋅

= = = ⋅

⋅

⋅⋅

откуда максимально возможный коэффициент усиления

max

498 10

15,3.

32,6 10

⋅

≤= =

⋅

Коэффициент передачи эмиттерного повторителя без учета сопротив-

ления генератора

эп

б'б3 б'э3

3н

0,979.

100 320

β 252 79,5

∗

= = =

⋅⋅

Сопротивление нагрузки секции с учетом эмиттерного повторителя

к 3н

3н

β 670 252 79,5

648Ом.

β 670 252 79,5

∗

⋅⋅ ⋅ ⋅

= = =

+⋅ + +

Требуемое входное сопротивление секции ОЭ – ОБ

1н

вхтр

max

69 648

2920Ом,

15,3

⋅

= = =

что соответствует сопротивлению обратной связи

вхтр б'б1 б'э1

2920 401 36

35,5Ом.

β 1 69 1

−+

−−

= = =

Температурные нестабильности усиления. Для эмиттерного повто-

рителя имеем:

( )

кэп

320

670 100 79,5

252

δ 0,12 0,005,

670 100 320 79,5 252 1

++ +

=⋅=

+++ ⋅ +

а для усилительной секции

3. МЕТОДИКА РЕАЛИЗАЦИИ САМ. РАБОТЫ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ПРАКТ. ЗАДАНИЙ

3.3. Примеры расчета



Схемотехника аналоговых электронных устройств. Метод. указания по самостоятельной работе

-35-

( )

ксекции

401

502 36 35,5

69 1

δ 0,12 0,02,

502 36 401 35,5 69 1

++ +

=⋅=

++ + ⋅ +

так что общая нестабильность коэффициента усиления

к ксекции кэп

δ δ δ 0,02 0,005 0,025.= += + =

С учетом согласования выхода повторителя и нагрузки общий коэффи-

циент усиления каскада окажется равным

общ max эп

доп

ρ 50

15,3 0,979 7,83,

ρ 50 45,7

K KK

= ⋅⋅ = ⋅ =

а его входное сопротивление

вхтр б

вхобщ

вхтр б

2920 2000

1187Ом.

2920 2000

⋅

= = ≈

Требуется рассчитать выходной каскад импульсного усилителя, рабо-

тающего на согласованную нагрузку и обладающего повышенной мощно-

стью. В качестве предоконечного каскада предполагается использовать уси-

лительную секцию ОЭ – КП (ИС К265УВ7).

Параметры каскада:

Время установления

, нс

Выброс

, не более %

Длительность импульса

, мс

Спад вершины

∆

, не более %

Выходное напряжение

вых

, В

Сопротивление нагрузки

, Ом

Сопротивление генератора

, Ом

Нестабильность усиления

, не более %

Полярность выходного сигнала

отрицательная

Анализ исходных данных. Усилитель имеет умеренную верхнюю гра-

ничную частоту при повышенной выходной мощности:

3. МЕТОДИКА РЕАЛИЗАЦИИ САМ. РАБОТЫ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ПРАКТ. ЗАДАНИЙ

3.3. Примеры расчета



Схемотехника аналоговых электронных устройств. Метод. указания по самостоятельной работе

-36-

ку

0,35 0,35

23,3 10Гц.

γ 1, 5 10

−

= = = ⋅

⋅⋅

Требования к искажениям в области больших времен – нежесткие.

Низкое выходное сопротивление генератора позволяет надеяться на возмож-

ность применения одиночного каскада ОЭ, выполненного на среднемощном

транзисторе. Связь с предоконечным каскадом целесообразно выполнить

гальваническую, так как при этом устраняется разделительная емкость, по-

вышается входное сопротивление оконечного каскада, улучшается темпера-

турная стабильность

бг

( 16Ом).RR= =

Расчет энергетических характеристик. Для согласования с кабелем

коллекторное сопротивление берем равным волновому сопротивлению:

ρ 50Ом,R = =

откуда

ρ 50 50

25Ом.

ρ 50 50

⋅⋅

= = =

Приращения токов и напряжений при прохождении положительной

и отрицательной половин импульса окажутся следующие:

вых

1В;

= = =

к вых

1 51 4

В;

−



= ⋅− =⋅− =





0,16А;

−

∆= = =

0,04А.

−

∆= = =

Из условия [2, (6.12)

]

0к

δ5

−

+∆

= =

−∆

ток в точке покоя

3. МЕТОДИКА РЕАЛИЗАЦИИ САМ. РАБОТЫ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ПРАКТ. ЗАДАНИЙ

3.3. Примеры расчета



Схемотехника аналоговых электронных устройств. Метод. указания по самостоятельной работе

-37-

кк

δ 0,16 5 0,04

0,09А.

δ1 51

+−

+⋅ +⋅

= = =

−−

Так как для напряжения на эмиттере транзистора оконечного каскада

при гальванической связи

э кпр бэсв

6,07 0,7 5,37В,UU U= − = −=

для напряжения питания запишем:

( )

к 0 0 к к э ост

0,09 0,03 50 4 5,37 2 17,37В,

E I IR UUU

≥ +∆ ⋅ +∆ + + = + ⋅ + + + =

напряжение коллектор – эмиттер

кэ к 0 к э

18 0,09 50 5,37 8,13В.U E IR U= −⋅ − = − ⋅ − =

Поскольку выходное напряжение несимметрично, расчет транзисторов

будем вести для точки:

кк

кр 0

0,16 0,04

0,09 0,15А;

+−

∆ −∆ −

=+=+=

кк

кр кэ

8,13 6,63В.

+−

∆ −∆ −

=+ =+=

Для выбора транзисторов воспользуемся системой неравенств [2, (6.9)

0к

кдоп

0кэ

кдоп

0,09 0,16

0,31А,

0,8 0,8

23В,

0,8 0,8

0,09 8,13

0,92Вт.

0,8 0,8

+∆ +



≥= =



≥==





⋅⋅



≥= =





Выбрав для выходного каскада транзистор типа К1610А, для парамет-

ров в рабочей точке получим:

β 50 300 122;=⋅=

3. МЕТОДИКА РЕАЛИЗАЦИИ САМ. РАБОТЫ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ПРАКТ. ЗАДАНИЙ

3.3. Примеры расчета



Схемотехника аналоговых электронных устройств. Метод. указания по самостоятельной работе

-38-

б'б

75 10

2 43Ом;

3,5 10

−

⋅

=⋅=

⋅

( )

б'э

0,0252

0,2 122 1 45Ом;

0,15



= + ⋅ +=





б'к

2 5 10 10Ом;r =⋅⋅ =

2 10 2 10Гц;f

=⋅=⋅

б'э

122

τ 9, 7 10с;

2π 2 10

−

= = ⋅

⋅⋅

б'к

3,5 10 10

2 10Ф.

2 6,63

−

⋅

= ⋅=⋅

Теперь можно оценить площадь усиления каскада [2, (2.2)

( )( )

нт

г б'б т б'к н

12π

R r fC R

⋅

= =

+ + ⋅⋅ ⋅

( )

9 12

25 10

520 10Гц

16 43 1 2π 2 10 2 10 25

−

⋅

= = ⋅

+ ⋅ + ⋅⋅ ⋅⋅ ⋅

и максимальный коэффициент его усиления

max

П 520 10

22,3.

22,3 10

⋅

≤= =

⋅

Минимальное сопротивление в эмиттере, обеспечивающее заданную

стабильность,

( )

б'э к к

г б'б б'э

ββ

δδ

(β 1) δ δ

β1 1

Rr r



+ + ⋅− − ⋅





≥=

⋅+−

3. МЕТОДИКА РЕАЛИЗАЦИИ САМ. РАБОТЫ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ПРАКТ. ЗАДАНИЙ

3.3. Примеры расчета



Схемотехника аналоговых электронных устройств. Метод. указания по самостоятельной работе

-39-

( )

45 0,03 0,03

16 43 1 45

121 1 0,12 0,12

1,6Ом.

0,03

122 1 1

0,12



+ + ⋅− − ⋅





= =

⋅ +−

Таким образом, входное сопротивление каскада

( ) ( )

вхос б'б б'э э

β 1 43 45 1,6 122 1 247Ом,R rrR= + + ⋅+= + + ⋅ +=

что дает значение коэффициента усиления

вых

вхос

β 122 25

13,3.

247

⋅⋅

= = =

Расчет термостабильности каскада. Значение термостабилизирую-

щего сопротивления в эмиттере определим по формуле

эо

5,37

59,6Ом (номинал 62 Ом).

0,09

= = = −

Вспомогательные величины следующие:

( )

0,004 50 20 0,12;

∆

= ⋅−=

50 20

ко

5 10

2 1 3,1 10А;

−



⋅

∆= ⋅ −= ⋅





( )

бэ

2,2 10 50 30 0,044;U

−

∆=⋅ ⋅−=

вх

43 45 88Ом.R =+=

Таким образом, для приращения коллекторного тока транзистора за

счет собственной нестабильности получим:

( ) ( ) ( )

( )

0,09 16 88 62 0,12 88 22 1 16 62 3,1 10 0,044

88 16 62 122 1

5,8 10А,

−

⋅++⋅ + + +⋅+ ⋅⋅ +





∆= =

++⋅ +

= ⋅

что является вполне допустимым.

Второй источник нестабильности выходного каскада – нестабильность

3. МЕТОДИКА РЕАЛИЗАЦИИ САМ. РАБОТЫ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ПРАКТ. ЗАДАНИЙ

3.3. Примеры расчета



Схемотехника аналоговых электронных устройств. Метод. указания по самостоятельной работе

-40-

усиления первых каскадов при гальванической связи, можно не учитывать,

поскольку коэффициент усиления выходного каскада на постоянном токе

меньше единицы:

( )

б'б б'э эо

β 122 50

0,79.

β 1 43 45 62 122 1

rrR

⋅⋅

= = =

+ + ⋅+ + +⋅ +

Требования к предоконечному каскаду. Величины выходного тока

и напряжения предоконечного каскада для обеспечения нормальной работы

оконечного каскада должны иметь следующие значения:

вых

выхпр

вых

0,38В;

13,3

= = =

выхпр выхпр

капр кпр

кпр вхос

0,38 0,38

2,18 10 (1,5 2,0) ,

590 247

IАI

−

= + = + = ⋅ <−

что для ИС К265УВ7 вполне допустимо.

Требуется рассчитать выходной каскад усилителя с высоким входным

сопротивлением. Параметры каскада:

вх г ндоп ндоп вх

у u к max min

200кОм; 500 Ом; 1кОм; 20 пФ; 10 мВ;

5нс;δ 1 %; 2мс; 5 %;δ 2 %; 40С; 20 С.

R RRC U

t T TT

≥= ===

= < = ∆< = = ° =− °

Анализ исходных данных. Обеспечить заданные требования к вход-

ному сопротивлению с помощью одиночного эмиттерного повторителя нель-

зя. Действительно, максимальная величина входного сопротивления не мо-

жет повысить значения

( ) ( )

вх max ндоп

β 1 80 1 10 81 10Ом.

RR< +⋅ = +⋅ = ⋅

Влияние базового делителя, эмиттерного сопротивления, повышенной

частоты снизит это значение в 3–5 раз.

Использование на входе истокового повторителя позволяет получить

заданное значение входного сопротивления, однако частотно-временные ха-

рактеристики повторителя неудовлетворительны.

Сказанное выше делает целесообразным последовательное включение

сначала истокового, а затем эмиттерного повторителей. Первый из них обес-

печивает получение заданного входного сопротивления, а второй снижает