Теоретические основы лабораторной работы

 

По второму закону Кирхгофа для этой цепи можно записать

Ri + u_C = Uвх.

 

Напряжение на емкости может быть выражено как

Uc= q/C = 1/C()

Тогда, если считать, что Uвх. = Е

Ri(t) + 1/C()= Е

Преобразуем интегральную форму уравнения в дифференциальную путем ее дифференцирования и получим

Rdi(t)/dt + i(t)/C = 0

Решая это дифференциальное уравнение относительно i(t) получим выражение для тока в RC цепи в следующем виде:

i(t) = (E/R) ×e^-t/τ,

где τ =R×C- постоянная времени;

U_R(t)=E× e^-t/τ;

U_C(t)=E× (1- e^-t/τ.

 

Решение. Разобьем длительность импульса Т на 10 временных участков и последовательно подставляя их в, выше приведенные уравнения в качестве аргумента t, можно вычислить значения искомых переходных процессов для каждой временной точки i(t). Например, в таблице 2 приведены расчетные значения тока в RC цепи, а на рисунке 2 построен график i(t) для R=1000 Ом

 

Таблица 2-Значения силы тока в отдельных промежутках времени при R=1000 Ом

 

t, c	10-4	2•10-4	3•10-4	4•10-4	5•10-4	6•10-4	7•10-4	8•10-4	9•10-4	10-3
i(t), mA	9,048	8,187	7,408	6,703	6,065	5,488	4,965	4,493	4,065	3,678

 

 

Рисунок 2 – Значения тока i(t) в функции времени

 

3 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА «РАБОТА ТРАНЗИСТОРА В КЛЮЧЕВОМ РЕЖИМЕ»

 

Задание к лабораторной работе

На рисунке 3 представлена схема ключевого каскада на биполярном транзисторе n-p-n транзисторе, а на рисунке 4 схема на р-n-p транзисторе.

 

 

 

 

ТV

 

Еи Uкэ

 

 

 

 

Рисунок 3- Схема ключевого каскада на биполярном n-p-n транзисторе

 

Рисунок 4- Схема транзисторного ключа на р-n-p транзисторе

 

Заданы, в соответствии с индивидуальным вариантом (см. табл.3), некоторые параметры ключевого каскада. Независимо от типа транзистора расчет осуществляется по одинаковому алгоритму.

 

Таблица 3- Варианты заданий к лабораторной работе

 

 

№ варианта	E, В	Rk Ом	Eи В
			0.91
			0.82
			0.925
			0.63
			0.835
			0.74
			0.945
			0.95
			1.1
			1.2
			1.3
			1.4
			1.5
			1.66
			1.7
			0.9
			0.8
			1.25
			1.8
			2.2

 

Необходимо:

1. Выбрать тип транзистора.

2. При степени насыщения S = 2-3 (выбрать самостоятельно) рассчитать сопротивление Rб.

 

Теоретические сведения

 

Транзисторный каскад может работать в режиме усиления и ключевом режиме. В режиме усиления форма усиливаемого сигнала не должна искажаться усилителем и рабочий режим транзистора должен находиться между состоянием, когда он полностью закрыт и состоянием насыщения. В ключевом режиме транзистор находится в двух состояниях: полностью закрыт, тогда ток через него не течет и сопротивление участка коллектор-эмиттер равно «бесконечности»; полностью открыт (насыщен), тогда сопротивление участка коллектор-эмиттер равно нулю. В насыщенном состоянии ток через транзистор по закону Ома будет равен

Ik = Ek/Rk

Транзистор является усилителем тока базы Iб, и в зависимости от типа может усиливать ток базы в десятки и сотни раз. Усилительные свойства транзистора определяются коэффициентом усиления тока h_21э или, по другому, β, который находится из справочника по транзисторам [ ]. Тогда математически это можно записать следующим образом:

 

Ik = h_21э · Iб, Ek/Rk = h_21э · Iб (1)

 

Ток базы создается источником входного сигнала Еи, течет через базовое сопротивление Rб и участок база-эмиттер, который в режиме насыщения считается равным нулю. Упрощённая модель ключа имеет вид (рис.4).

Рисунок 4 - Упрощённая модель ключа при

 

Тогда по закону Ома ток базы равен

Iб = Еи/ Rб (2)

Тогда, подставляя (2) в (1), найдем значение Rб при заданных значениях Ек, Rk и h_21э

Rб = Ik / h_21э = (Ек/ Rk)/ h_21э = Ек/ (Rk · h_21э) (3)

В справочнике по транзисторам значения h_21э приводятся в диапазоне от h_21э - min, до h_21э - max, поэтому в выражении (3) необходимо брать минимальное значение коэффициента усиления. Для более надежного насыщения транзистора, ток базы насыщения увеличивают с «запасом» в двое или в трое (степень насыщения S = 2-3), тогда расчетное значение Rб необходимо разделить на величину S, что и будет рабочим значением Rб.

 

4 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА «РАСЧЕТ ТРАНЗИСТОРНОГО УСИЛИТЕЛЯ ПО ПОСТОЯННОМУ ТОКУ»

 

Задание к лабораторной работе

В таблице 3 предложены данные вариантов для расчета каскада усилителя низкой частоты на биполярном транзисторе. Схема каскада представлена на рисунке 5.

Таблица 3 – Варианты лабораторной работы

Номер вари­анта	Параметры
Еи (ег)	Кu	Rн	Fн Fв	Ек
мВ		кОм	кГц	В
			1,5	0,1 3
			0,7	0,2 1
			0,42	0,3 1
			0,6	0,3 4
				0,5 20
			0,9	1 20
			1,1	2 27
			0,44	0,2 23
			1,75	0,2 25
			2,7	0,2 13
			1,5	0,1 3
			0,7	0,2 1
			0,42	0,3 1
			0,6	0,3 4
				0,5 20
			0,9	1 20
			1,1	2 27
			0,44	0,2 23
			1,75	0,2 25
			2,7	0,2 13

Обозначения:

Еи (мВ) – амплитудное значение напряжения источника входного сигнала;

Кu – коэффициент усиления каскада;

R_н,кОм – сопротивление в цепи нагрузки усилителя;

F_н F_в,кГц – диапазон усиливаемых частот;

Ек, В – напряжение источника постоянного напряжения в цепи коллектора.

 

Iн

Рисунок 5 – Схема транзисторного усилительного каскада с общим эмиттером