Контрольная работа: Функциональные устройства телекоммуникаций
Функциональные устройства телекоммуникаций
Министерство образования Республики Беларусь
Учреждение образования
"Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники"
Кафедра защиты информации
Контрольная работа
Функциональные
устройства телекоммуникаций
Задание №1
Исходные данные (Вариант №2):
Напряжение источника питания: Еп=12 В;
Ток коллектора в рабочей точке: I0K=6 мА;
Напряжение коллектор-эмиттер в рабочей точке: U0КЭ=4 В;
ЭДС: EГ=250 мВ;
Внутреннее сопротивление источника сигнала: RГ=0,8 кОм;
Нижняя рабочая частота: fН=50 Гц;
Верхняя рабочая частота: fВ=15 кГц;
Частотные искажения: M=MН=МВ=2 дБ;
Граничные значения температур окружающей среды: tСМИН= 10оC;
tСМАКС= 55оC.
Определим тип требуемого транзистора.
Транзисторы классифицируются по мощности и частоте, исходя из Еп=12 В, I0K=6 мА и fВ=15 кГц нам потребуется низкочастотный транзистор малой мощности (до 0,3 Вт). Заданным условиям отвечает транзистор типа МП25 [3]. Это германиевый сплавной транзистор p-n-p типа, приведем его параметры:
Минимальное и максимальное значение коэффициента передачи тока:
h21ЭМИН=10ЭМАКС=25
(Режим измерений: UКБ=-20В; IЭ=2,5 мА; tС=20оC)
Емкость коллекторного перехода СК=70 пФ
(Режим измерений: UКБ=-20В; f=500 кГц)
Объемное сопротивление области базы rБ=160 Ом
(Режим измерений: UКБ=-20В; IЭ=2,5 мА; f=500 кГц)
Предельная частота усиления транзистора по току в схеме с ОЭ: fh21Э=200 кГц
(Режим измерений: UКБ=-20В; IЭ=2,5 мА)
Обратный ток коллектора IКБО=75 мкА
(Режим измерений: UКБ =UКБМАКС)
Рассчитаем параметры малосигнальной модели биполярного транзистора [1].
Среднее значение коэффициента передачи тока
равно:
=
=15,8. (1.1)
Выходная проводимость определяется как
=
6*10-5 См. (1.2)
Здесь UA- напряжение Эрли, равное 70... 150 В у транзисторов типа р-n-р.
Объемное сопротивление области базы rБ можно
определить из постоянного времени τК
коллекторного перехода:
=
160 Ом (1.3)
Дифференциальное сопротивление эмиттерного
перехода определяется по формуле:
(1.4)Б’Э=
70 Ом
где 
- дифференциальное сопротивление
эмиттера;
26 мВ - температурный потенциал при
Т = 300 К;
m=1 - поправочный коэффициент, принимаемый примерно равным 1 для германиевых транзисторов.
Входное сопротивление транзистора:
=160+70=230 Ом (1.5)
Емкость эмиттерного перехода равна:
=
11 нФ (1.6)
Проводимость прямой передачи:
=
0,07 См (1.7)
Рассчитаем параметры эквивалентной схемы биполярного транзистора по дрейфу [1].
Минимальная температура перехода транзистора
(1.8)
где PK - мощность, рассеиваемая на коллекторе
транзистора;
(1.9)
PK=4·6·10-3=24 мВт,
tПМИН = 10+0,2·103·0,024= 15°С.
Максимальная рабочая температура перехода:
ПМАКС= tСМАКС+ RПС PK
(1.10)ПМАКС=55+0,2·103·0,024=60°С
Значение параметра h/21Э транзистора при
минимальной температуре перехода:
(1.11)
h/21Э =
13.
Значение параметра h//21Э транзистора при
максимальной рабочей температуре перехода:
(1.12)
h//21Э =
25.
Изменение параметра Δh21Э в
диапазоне температур:
(1.13)
Δh21Э =25-13=12.
Изменение обратного тока коллектора в диапазоне
температур:
(1.14)
где α - коэффициент, принимаемый для германиевых транзисторов в интервале 0,03- 0,035
Эквивалентное изменение тока в цепи базы в
диапазоне температур:
(1.15)
ΔI0=
=0,9 мА.
Эквивалентное изменение напряжения в цепи базы,
вызванное изменением температуры окружающей среды:
(1.16)
ΔU0=(2,2·10-3·50-5)+0,04)=0,14
В.
Рассчитаем элементы эммитерной стабилизации тока покоя транзистора:
Зададимся падением напряжением на сопротивлении RЭ в цепи эмиттера транзистора равным
э=0,3Eп=0,3·12=3,6 В. (1.17)
Определим сопротивление этого резистора:
(1.18)
RЭ=
=600 Ом
а также сопротивление резистора в цепи
коллектора:
(1.19)
RК=
=730 Ом
Округлим их значения до ближайших стандартных, они будут равны соответственно 620 Ом и 750 Ом
Зададимся допустимым изменением тока коллектора
в диапазоне температур из условия
(1.20)
ΔI0К=0,5I0K=0,5·6·10-3
=3 мА
При этом необходимо учитывать, что меньшее значение изменения этого тока приводит к увеличению тока, потребляемого резистивным делителем в цепи базы, к снижению входного сопротивления и ухудшению КПД каскада.
Исходя из требуемой стабилизации тока покоя
каскада, определяют эквивалентное сопротивление в цепи базы транзистора:
(1.21)
=
=1,2кОм
Рассчитаем ток базы в рабочей точке:
=
=380 мкА (1.22)
Пусть U0БЭ=0,3 В
Напряжение на нижнем плече резистивного делителя
в цепи базы:
(1.23)
URБ2=3,6+0,3=3,9 В
Сопротивление верхнего плеча резистивного
делителя в цепи базы:
(1.24)
RБ1=
3,3 кОм
Сопротивление нижнего плеча делителя в цепи
базы:
(1.25)
RБ2=
2,5 кОм
Входные сопротивления рассчитываемого RВХ и
последующегоВХ2= RН каскадов:
(1.26)ВХ1=
=190 Ом
Выходное сопротивление каскада:
(1.27)
Определим емкости разделительных (СР1 и СР2) и блокировочного (СЭ) конденсаторов.
Эти конденсаторы вносят частотные искажения в
области нижних частот примерно в равной степени. В связи с этим заданные на
каскад частотные искажения МН(дБ) в децибелах целесообразно распределить
поровну между данными элементами:
МНСР1=МНСР2=МНСЭ=0,67 дБ =1,08
Емкость первого разделительного конденсатора:
(1.28)
СР1=
=7,8 мкФ
(стандартная величина - 10 мкФ)
Емкость второго разделительного конденсатора:
(1.29)
СР2=
=8,7 мкФ
(стандартная величина - 10 мкФ)
Емкость блокировочного конденсатора в цепи
эмиттера:
(1.30)
Где 
(1.31)
М0=
=11;
СЭ=
=15 мкФ
(стандартная величина - 20 мкФ);
Сопротивление нагрузки каскада по переменному
току:
(1.32)
=
=150 Ом
Коэффициент передачи каскада по
напряжению:
(1.33)
КU=0,07·150=10,5.
Сквозной коэффициент передачи по напряжению:
(1.34)
КЕ=
=2.
Выходное напряжение каскада:
(1.35)
Коэффициент передачи тока:
(1.36)
Ki=
=10,5.
Коэффициент передачи мощности:
(1.37)=10,5·10,5=110.
Верхняя граничная частота каскада определяется
по формуле:
(1.38)
где 
-
эквивалентная постоянная времени каскада в области верхних частот.
Постоянную времени 
можно
определить из выражения
(1.39)
Где
и 
-
постоянные времени входной и выходной цепей соответственно.
Эти постоянные времени определяются по формулам
(1.40)
(1.41)
где С0 - эквивалентная входная емкость каскада,
Сн - емкость нагрузки.
Эквивалентная входная емкость каскада включает
емкость перехода база - эмиттер 
и пересчитанную на
вход емкость перехода база - коллектор Ск:
(1.42)
С0=1,1·10-8 +7·10-11·(1+10,5)= 12 нФ;
=
=1,8 мкс; =
=1,8 мкс;
= 
=2,5 мкс.В=
=62 кГц.
Определим частотные искажения в области верхних
частот
(1.40)
МВ=
=0,24
и сравним их с заданным значением М.
Т.к. МВ(дБ)<М(дБ), то транзистор соответствует поставленным условиям.
Задание №2
транзистор ток конденсатор эмиттер
тип схемы: 8;
тип транзистора: n-p-n - КТ3102А, p-n-p -
КТ3107А
Выпишем основные параметры транзисторов:
|
КТ3102А |
КТ3107А |
|
h21Эmin=100 |
h21Эmin=70 |
|
h21Эmax=250 |
h21Эmax=140 |
|
|h21Э|=1,5 |
|h21Э|=2 |
|
fизм=100 МГц |
fизм=100 МГц |
|
τK=500 пс |
τK=500 пс |
|
CK=6 пФ |
CK=7 пФ |
Определим потенциалы баз транзисторов:
(2.2)
(2.3)
Найдем потенциалы эмиттеров транзисторов:
(2.4)
(2.5)
Напряжение U0БЭ выбирается в интервале 0.5-0,7 В для кремниевых транзисторов, выберем U0БЭ=0,6В.
Рассчитаем токи в резисторах, подключенном к
эмиттерам транзисторов VT1 и VT2:
(2.6)
Рассчитаем ток коллектора в рабочей точке, для
этого найдем сначала среднее значение коэффициента передачи тока:
(2.7)
(2.8)
Определим напряжение на коллекторах
в рабочей точке:
(2.9)
(2.11)
Напряжение коллектор-эмиттер транзисторов:
(2.12)
(2.13)
Для обоих транзисторов выполняется условие UКЭ> UБЭ, следовательно, транзисторы работают в активном режиме.
Выходная проводимость определяется как
(2.14)