Схемотехника аналоговых электронных устройств. Практика 3

1.

Схемотехника аналоговых электронных
устройств
Практика 3
Расчет характеристик по
эквивалентной схеме
1

2.

Эквивалентная схема транзистора
Модель транзистора для режима малого сигнала.
Соответствует
справочным
характеристикам
транзистора в типовом режиме (Iко=5мА, Uко=5В)
rб - объемное сопротивление базы;
rэ - активное сопротивление
эмиттера;
Δr - контактное сопротивление
эмиттера;
rк - сопротивление коллекторного
перехода;
Ск - емкость коллектора;
Сэд - динамическая емкость эмиттера;
αIэ - генератор тока, управляемый
током эмиттера αIэ=(Н21+1)Iб
rэ=φТ/Iэ
φТ=25,6 мВ
2

3.

Основные характеристики
транзистора по эквивалентной схеме
Основные характеристики транзистора в режиме малого
сигнала, необходимые для дальнейших расчетов
вычисляются по эквивалентной схеме:
Коэффициент передачи тока эмиттера связан с
коэффициентом тока базы:
Динамическая емкость транзистора описывает частотную
зависимость H21 , связана с fТ
3

4.

Расчет характеристик транзистора по
эквивалентной схеме
Входное сопротивление
Крутизна транзистора:
В справочниках часто приводится постоянная времени
цепи внутренней обратной связи транзистора, τос= rб Ск,
которую используют для определения rб
По эквивалентной схеме транзистора рассчитываются
частотные и переходные характеристики каскада в
различных схемах включения.
4

5.

Расчет характеристик каскада с ОЭ
Полная и эквивалентные схемы каскада с ОЭ для средних
частот (СЧ) и верхних частот (ВЧ) и нижних частот (НЧ):
В области СЧ пренебрегаем влиянием инерционности
транзистора, разделительных и нагрузочных емкостей,
сопротивление коллекторного перехода rк при расчетах не
учитываем из-за значительного превышения значений Rк и
Rн
5

6.

Расчет по постоянному току
Схема эмиттерной термостабилизации
Условия термостабилизации:
1. Uб=const (Iдел˃˃Iбо)
2. URэ>>Uб0 (Rэ ˃˃rэ)
Основные
элементы
схемы
термостабилизации,
которые
соответствуют указанным выше
условиям, можно определить по
следующим выражениям:
Iдел=(3÷10)Iб0, URэ=(3÷10)Uб0
Уход рабочей точки при
таких значениях
элементов и комнатной
температуре не
превышает 10 %
6

7.

Расчет характеристик каскада на СЧ
Rб=Rб1//Rб2
Rэкв=Rк//Rн
Входное сопротивление
каскада
Rвх=Rб//rвх
Выходное сопротивление
каскада
Rвых≈Rк
Коэффициент усиления
каскада
Ко=SоRэкв
Эквивалентная схема для СЧ
Емкость нагрузки еще не
влияет, разделительные и
блокировочные емкости
имеют малое сопротивление
7

8.

Расчет каскада с ОЭ в области ВЧ
Постоянная времени каскада в
области ВЧ τв определяется
тремя составляющими:
где – постоянная времени
транзистора
S rб 2 f
Т
постоянная времени
внутренней ОС
1 Ск Rэкв 1 S rб
постоянная времени нагрузки
каскада
2 С н Rэкв
Эквивалентная схема каскада
на ВЧ
Добавилась емкость нагрузки
8

9.

Расчет каскада с ОЭ в области ВЧ
АЧХ каскада в области ВЧ
Yв 1
1 (2 f в ) 2
Обычно значение верхней
частоты fв определяются при
При этом
Y ( f ) 1
fв 1
2 0,707
2 в
Фазочастотная характеристика
описывает изменение фазы
выходного сигнала относительно
фазы входного сигнала при
изменении частоты
φв=-arctg 2π•f •τв
9

10.

Расчет каскада с ОЭ в области НЧ
АЧХ каскада:
YН YН 1 YН 2 YНЭ
где τнi – постоянная времени
разряда
конденсатора:
Для разделительной цепи:
τнр=Ср(Rл+Rп).
Для блокировочной цепи
C
нэ C э rвыхэ
э
S0
При одинаковых Ср= Сэ = С
fн=Sо/2πС
Эквивалентная схеме каскада
для НЧ. Частотные искажения
возникают из-за увеличения на
нижних частотах
сопротивлений конденсаторов
Ср1, Ср2 и Сэ.
10

11.

Расчет каскада с ОЭ в области НЧ
АЧХ каскада в области НЧ
Yн
при
1
1 1
Y ( f ) 1
(2 f н ) 2
2 0,707
fн 1
2
ФЧХ описывает
изменение
фазы
н
выходного сигнала относительно
фазы входного сигнала при
изменении частоты
Н arctg 1 (2 f )
н
11

12.

Построение АЧХ в логарифмическом
масштабе
Логарифмический масштаб
позволяет одинаково подробно
изображать на графике область
как низких, так и верхних
частот.
В логарифмической шкале
длина отрезка частоты от
начальной, 1 Гц,
пропорциональна логарифму
отношения величин, f /1Гц.
lg0,1=-1; lg1=0; lg10=1;
lg100=2….. lg2≈0,3 и lg5≈0,7
12

13.

Пример расчета
Задание к контрольной 2
На рисунке приведена схема
каскада. Указаны основные
элементы схемы и
параметры транзистора.
Необходимо рассчитать
основные характеристики
каскада.
Порядок выполнения работы:
Расчет параметров
транзистора
Расчет каскада в области СЧ
Расчет каскада в области ВЧ
Расчет каскада в области НЧ
Построение рассчитанной
Параметры транзистора VT
fт=100МГц, Н21=90, Iк0=3мА
rб=10 Ом, Ск=20 пф, Сн=50 пф
Rг=1К, R1=10К, R2=3К, Rэ=80
С1=С2=С3=С=10мк
Rк=100, Rн=100
13

14.

Расчет параметров транзистора
Сопротивление rэ
rэ Т
Iэ
rэ=25,6/3=8,5 Ом
Входное сопротивление
Рассчитаем только
характеристики,
необходимые для
дальнейших расчетов
rвх rб H 21 1 rэ
rвх=10+(90+1)*8,5=784 Ом
Крутизна транзистора
S H 21
rвх
S=90/784=0,114мА/В
14

15.

Расчет каскада в области СЧ
Эквивалентная схема
для области СЧ
Rб=R1||R2=10*3/(10+3)=2,3К
Rэкв=Rк||Rн=100*100/(100+100)=50 Ом
Входное сопротивление каскада
Rвх=Rб//rвх =2,3*0,78/(2,3+0,78)
Rвх=580 Ом
Выходное сопротивление каскада Rвых≈Rк=100 Ом
Коэффициент усиления каскада
Ко=SоRэкв=0,114*50=5,7
15

16.

Расчет каскада с ОЭ в области ВЧ
Постоянная времени транзистора
S rб
2 fТ
τ=0,114*10/2π*100=0,0018 мкс
τ=1,8нс
постоянная времени внутренней
ОС 1 Ск Rэкв 1 S rб
τ1=20*50(1+0,114*10)=2140 пс
τв=1,8+2,14+2,5=6.44
нс
1
Yв
τ1=2,14нс
1 (2 f 6,4) 2
постоянная времени нагрузки
При Y ( f ) 1 2 0,707
каскада
2 С н Rэкв
fв=1/2πτв=1/6,28*6,44
τ2=50*50=2500 пс=2,5 нс
fв= 0,024 ГГц=24 МГц
16

17.

Расчет каскада с ОЭ в области ВЧ
АЧХ каскада в области ВЧ
Yв 1
1 (2 f в ) 2
Y ( f ) 1
При
Yв 1
2 0,707
1 (2 f 6,4) 2
fв=1/2πτв=1/6,28*6,44
fв= 0,024 ГГц=24 МГц
Y
17

18.

Расчет каскада в области НЧ
Для разделительной цепи:
τнр1=Ср1(Rг+Rвх)=10(1+0,58)
τнр1=15,8
мс
τнр2=Ср2(Rн+Rвых)=10(0,1+0,1)=
=2 мс
Для блокировочной цепи
τнэ=Сэ /Sо=10/0,114=87мкс
С учетом значительно меньшей АЧХ каскада в области НЧ
Yн 1
постоянной времени Сэ,
1 1
2
(
2
f
)
н
fн=Sо/2πС=0,114/6,28*10=
fн=1,8 кГц
=0,0018 МГц=1,8 кГц
18

19.

Построение АЧХ каскада в
логарифмическом масштабе
В логарифмической шкале
длина отрезка частоты от
начальной, 1 Гц,
пропорциональна логарифму
отношения величин, f /1Гц.
lg0,1=-1; lg1=0; lg10=1;
lg100=2….. lg2≈0,3 и lg5≈0,7
Логарифмическая шкала
должна охватывать весь
диапазон рабочих частот ,
1,8 кГц-24 МГц
График удобно строить,
определяя значения Y на
частотах f =0,1fв, f=0,3fв
f=fв, f=fн, f=0,3fн, f=0,1fн
Соответственно
Y=0,7; Y=0,316; Y=0,1
19

20.

Задание нужно
выполнить на
следующей практике