Раздел 2. Методические указания по изучению содержания тем

ЭЛЕКТРОНИКА

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

ПО ИЗУЧЕНИЮ ДИСЦИПЛИНЫ

И ЗАДАНИЯ ДЛЯ КУРСОВОЙ РАБОТЫ.

 

студентам-заочникам сельскохозяйственных вузов

специальности 31.14.00 — «Электрификация и автоматизация

сельского хозяйства».

 

Москва 2004.

 

Составители: профессор Л. П. Шичков, доценты В. М. Богоявленский,

В. Б. Людин.

 

УДК 621.38 (075)

 

Электроника. Методические указания по изучению дисциплины.

Сост. Л. П. Шичков, В. М. Бого­явленский, В. Б. Людин. М., 2004. 48 с.

 

Предназначены для студентов 2 курса ФЗО

Табл. 11. Ил. 7

 

Утверждены методической комиссией инженерного факультета

 

Рецензенты: профессор В. И. Загинайлов (МГАУ);

ст. преподаватель В. А. Шанцин (Волгоградская СХА)

 

 

ОГЛАВЛЕНИЕ:

 

Раздел 1. Общие методические рекомендация по изучению

дисциплины

1.1. Цель дисциплины и задачи курса

1.2. Распределение учебного времени

Раздел 2. Методические указания по изучению содержания тем

кур­са

Тема 1. Элементная база электроники

Тема 2. Электронные устройства

Тема 3. Микропроцессорные средства

Тема 4. Технические средства связи в сельском хозяйстве

Раздел 3. Задания и методические указания по выполнению

Курсовой работы

Приложения

 

Раздел 1. ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИЗУЧЕНИЮ ДИСЦИПЛИНЫ.

 

1.1. ЦЕЛЬ ДИСЦИПЛИНЫ И ЗАДАЧИ КУРСА.

 

Цель дисциплины — изучение элементной базы электрони­ки, электронных устройств аналоговых и цифровых сигналов, включая средства вычислительной и микропроцессорной тех­ники, а также обобщенное изучение средств связи в сельском хозяйстве. В результате изучения курса студент должен знать:

- устройство, принцип действия, параметры и характеристики полупроводниковых приборов и интегральных микросхем;

- принцип построения, принцип действия и методы проектирования электронных устройств, построенных на базе полупроводниковых приборов и интегральных микросхем, микропроцессоров и устройств связи;

параметры и характеристики электронных устройств; принцип расчета основных электронных схем и устройств;

- принцип построения, действия и использования технических средств связи в сельском хозяйстве.

Должен уметь:

- понимать электронные схемы, определять по условным обозначениям и справочникам параметры электронных элементов, уметь строить и рассчитывать устройства, выполненные на этих элементах;

- квалифицированно решать инженерные задачи по обслу­живанию электронной аппаратуры сельскохозяйственного производства;

- грамотно производить выбор стандартной электронной аппаратуры в зависимости от конкретных требований.

Применение микропроцессорных средств открывает боль­шие возможности для нахождения оптимальных решений при планировании, обработке информации, проектировании, соз­дании эффективных систем автоматического управления, тех­нологических процессов в научных и инженерных исследова­ниях.

Применение современных средств связи существенно об­легчает процесс организации и управления сельскохозяйственного производства.

Прежде чем приступить к изучению дисциплины, следует повторить изучение раздела курсов «Теоретические основы электротехники» и «Вычислительная техника и программиро­вание».

При изучении настоящей дисциплины необходимо стре­миться к освоению основных понятий и явлений, положенных в основу принципа работы радиоэлектронных приборов и микропроцессорных средств.

 

 

Студентам-заочникам сельскохозяйственных вузов по спе­циальности 31.14.00 — «Электрификация и автоматизация сель­ского хозяйства» учебным планом предусмотрено выполнение курсовой ра­боты.

 

 

1.2. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ УЧЕБНОГО ВРЕМЕНИ.

 

Таблица 1.

 

№ п/п	Название темы	Всего часов	в том числе
самостоятельно	лекции	лабораторно-практические занятия
	Введение.   Элементная база электроники   Электропроводность полупроводниковых материалов. Полупроводниковые диоды   Биполярные и полевые транзисторы, принцип действия, схемы включения, эквивалентные схемы и режимы работы   Тиристоры. Электровакуумные фото-электрические и оптоэлектронные приборы. Их характеристики и параметры   Электронные устройства.   Электронные усилители. Понятие обратной связи   Многокаскадные усилители, их характе-ристики и параметры. Операционные усилители   Генераторы гармонических и импульсных колебаний. Средства электропитания электронной аппаратуры   Импульсные устройства. Цифровые логические приборы     Микропроцессорные средства. Архитектура микропроцессорных систем. Команды микропроцессоров. Сопряжение микропроцессорных систем с внешними устройствами   Технические средства связи в сельском хозяйстве. Телефонная и радиосвязь. Принципы построения радиопередающих и приёмных устройств.	0,25   21,75	-	0,25   1,75	-   -   -   -                   -
	Итого:

 

Установочные занятия – 2 часа.

 

Библиографический список

 

Основной.

 

1. Забродин Ю. С. Промышленная электроника: Учебник для вузов, М.: Высшая школа, 1982.

2. Основы промышленной электроники: Учебник для неэлектротехн.
спец. вузов /В. Г. Герасимов и др., / Под ред. В. Г. Герасимова. 3-е изд.,
перераб. и доп. М.: Высш. шк., 1986.

3. Гусев В. Г., Гусев Ю. М. Электроника: Учеб. пособие для вузов:
2- изд. перераб. и доп. М.: Высш. шк., 1991.

Дополнительный.

4. Арестов К.А. Основы электроники и микропроцессорной техники: учебник для средних специальных учебных заведений. М.: Колосс, 2001.

 

5. Балашов Е. П. и др. Микро- и мини-ЭВМ: Учеб. пособие для ву­зов. Л.: Энергоиздат. Ленингр. отд-ние. 1984.

6. Жеребцов И. П. Основы электроники. 5-е изд., перераб. и доп. Л.:
Энергоиздат, 1989.

7. Токхайм Роджер Л. Основы цифровой электроники. М.: Мир, 1988.

8. Бойко В.И. и др. Схемотехника электронных систем. Т1…Т3. учебник для студентов ВУЗов. С.-Петербург, 2004.

Цель и задачи.

Целью и задачей темы является изучение принципов по­строения действия проектирования электронных устройств, построенных на базе полу-проводниковых приборов и интег­ральных микросхем.

 

Общие методические рекомендации.

2.1. Электронные устройства можно разделить на несколь­ко видов: усилительные, генераторные, импульсные, логичес­кие.

Усилительные устройства применяются в измерительной технике, техники связи для усиления слабых электрических сигналов. Генераторные — для формирования электрических сигналов разнообразной формы. Импульсные и логические устройства используются в системах автоматического управ­ления, вычислительной технике, силовой преобразовательной технике. Фундаментальным понятием в проектировании элек­тронных устройств является понятие обратной связи. Обрат­ная связь может носить дерегенеративный характер — отри­цательная обратная связь и генеративный характер — поло­жительная обратная связь.

Отрицательная обратная связь (ООС) применяется в уси­лительных устройствах. ООС изменяет их параметры и хара­ктеристики (входные и выходные, коэффициент усиления, ам­плитудно-частотную и фазо-частотную характеристики).

Усилительные устройства могут обеспечивать усиление по: току, напряжению и мощности.

Разновидностями усилителей мощности являются двухтактные усилители мощности (трансформаторные и безтрансформаторные).

Электронные усилители, параметры которых преимущест­венно определяются свойствами цепи обратной связи, полу­чили название операционных усилителей. Операционные уси­лители (ОУ) в основном выполняются в интегральном испол­нении. ОУ широко применяются в усилителях постоянного то­ка (УПТ), сумматорах, интеграторах, дифференциаторах, ком­параторах и других электронных устройствах обработки ана­логовых сигналов.

 

Вопросы для самопроверки..

1. Дайте определение усилителя и приведите его основ­ные параметры.

2. Назовите классификацию усилителей с линейным ре­жимом работы по полосе пропускания.

3. По какому признаку обратная связь классифицирует­ся как отрицательная или положительная?

4. В чем состоит назначение отрицательной обратной свя­зи в электронных усилителях и какие их параметры она из­меняет?

5. Какие виды обратных связей вы знаете?

6. С какой целью в усилительных каскадах применяется местная обратная связь по постоянному току либо по напряжению?

7. В чем состоит принцип согласования нагрузок в усилителях мощности?

 

8. Какие классы усиления вам известны и в чем их смысл?

9. Назовите преимущества двухтактных усилителей мощ­ности перед однотактными.

10. Дайте определение термина «операционный усилитель».

11. Приведите параметры и характеристики современных операционных усилителей.

12. Какой каскад усиления применяется в качестве входного в операционном усилителе?

13. Приведите примеры применения операционных усили­телей в интегральном исполнении.

 

Литература: 1. § 2.1—2.8; 2, § 5.1—5.6. 6.1—6.6.

2.2. Генераторы. Положительная (генеративная) обратная связь используется в генераторных устройствах. Условиями самовозбуждения генераторных устройств являются баланс амплитуд и баланс фаз каналов прямой передачи и обратной связи.

 

Вопросы для самопроверки.

1. Какой вид обратной связи используется в генераторах?

2. Каковы условия самовозбуждения в генераторах?

3. Как формируется условие баланса фаз в каналах пря­мой передачи и обратной связи генератора?

4. Каково условие баланса амплитуд?

 

Литература: 1, § 2.11; 2, § 7.1—7.6.

2.3. К источникам вторичного питания относят парамет­рические и компенсационные стабилизаторы напряжения то­ка. В последнее время для обеспечения качества, напряжения питания и высокого КПД применяются импульсные стабили­заторы (преобразователи) напряжения, автономные инверто­ры тока и напряжения.

 

Вопросы для самопроверки.

1. Назовите источники электропитания электронных устройств и причины применения преобразователей тока и напряжения.

2. Какие полупроводниковые приборы применяются в неуправляемых и управляемых выпрямительных устройствах?

3. Назовите назначение и типы опорных элементов, применяемых в стабилизаторах напряжения.

 

4. Назовите типы сглаживающих фильтров, применяемых в выпрямительных устройствах.

5. Объясните принцип работы параметрического и компен­сационного стабилизаторов напряжения.

6. Перечислите требования предъявляемые к источникам питания.

 

Литература: 1. § 5.1-5.6, 6.4; 2, § 9 1-9.12.

Т е м а 3. МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ СРЕДСТВА.

 

Целью и задачей изучения темы является ознакомление с архитектурой микропроцессорных систем, типовыми струк­турами и областями применения микропроцессорных средств в сельскохозяйственном производстве.

 

Общие методические рекомендации.

Изучение микропроцессорных средств следует начать с понятия микропроцессора и его месте в архитектуре микро­процессорных систем.

Следует рассмотреть типовую структуру микропроцессор­ной системы, включающую в себя арифметическо-логическое устройство (ЛЛУ), устройство управления (УУ) (данные ус­тройства и представляют собой процессор), шину управления, регистры микропроцессора, постоянное запоминающее устрой­ство, оперативную память и системы ввода-вывода.

Работа микропроцессорной системы заключается в выпол­нении последовательности команд.

Совокупность команд составляет конструкцию языка и включает в себя команды: пересылки, выполнения арифмети­ческих и логических операций, сдвигов, управления, ввода-вывода.

Особое внимание следует уделить изучению вопросов со­пряжения микропроцессорных систем с внешними устройст­вами с использованием аналого-цифровых и цифро-аналого­вых преобразователей сигналов при использовании микропро­цессорных систем в качестве управляющего органа автома­тических систем.

 

Вопросы для самопроверки.

1. Дайте определение понятия микропроцессор.

2. В какой системе счисления работают микропроцессорные системы?

3. Приведите единицы измерения информации, которую обрабатывает микропроцессор.

4. Укажите назначение блоков микропроцессорной систе­мы (ЛЛУ, ЗУП, ЗУД. УВВ).

 

5. По каким трактам осуществляемся передача информа­ции в МПС?

6. Приведите классификацию команд микро-ЭВМ.

7. Объясните порядок прохождения и выполнения команд в микро-ЭВМ.

8. Чем отличается команда от машинного кода?

9. Что такое интерфейс микро-ЭВМ, в чем отличие параллельного интерфейса от последовательного?

10. Какими электронными устройствами осуществляется сопряжение микропроцессоров с датчиками и исполнительны­ми устройствами?

 

Литература: 1. § 3 17. § 8.12; 2, § 2.1-2.9.

Тема 4. ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА СВЯЗИ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ.

 

Целью и задачей темы является ознакомление и изучение современных средств связи применяемых при организации сельскохозяйственного производства.

 

Общие методические рекомендации.

Современные средства связи можно подразделить на те­лефонную и радиосвязь. При изучении средств телефонной связи необходимо ознакомиться с принципом действия ус­тройств телефонного аппарата и структурой телефонных стан­ций. Радиосвязь основана на передаче и применении электри­ческих сигналов с различным видом модуляции (ЧМ, AM, ФМ и др.). Вид модуляции определяет функциональные схе­мы приемо-передающих устройств.

Следует ознакомиться с типами радиостанций применя­емых в сельском хозяйстве.

 

Вопросы для самопроверки.

1. Объясните принцип телефонной связи по проводам.

2. Поясните принцип модуляции электрических сигналов.

3. Из каких основных электронных устройств состоят радиопередающие и принимающие устройства?

4. Какие полупроводниковые приборы используются в схе­мах амплитудного детектирования?

5. Приведите примеры применения телефонной и радио­связи в сельском хозяйстве.

 

 

 

Раздел 3. ЗАДАНИЯ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ.

Учебным планом для студентов-заочников по курсу «Элек­троника, микропроцессорные средства и техника связи» пре­дусмотрено выполнение курсовой работы.

Для выполнения курсовой работы студенту необходимо изучить соответствующую литературу, решить задачи и уп­ражнения, приводимые в рекомендованных учебниках, с тем, чтобы получить полное представление по рассматриваемому вопросу.

Решения поставленных в курсовой работе задач даются в общем виде с краткими пояснениями. В формулу подстав­ляются числовые значения величин с указанием единиц из­мерения в системе СИ. Вычисления следует производить с помощью логарифмической линейки длиной 25 см или на элек­тронной клавишной вычислительной машине (ЭКВМ) с точ­ностью до третьей значащей цифры.

Работа выполняется чернилами, на листах формата А4 (11) размером 297x210 мм, аккуратным почерком с остав­лением полей для замечаний рецензента. Схемы и графичес­кий материал должны выполняться на миллиметровой бума­ге формата А4 (11) размером 297x210 мм. Условные графи­ческие обозначения в электрических схемах должны отвечать действующим требованиям ЕСКД.

В конце работы указываются использованные учебники и учебные пособия и примерное время (в часах), затраченное на выполнение курсовой работы.

Работа должна быть подписана с указанием даты ее окон­чания.

 

ЗАДАНИЕ ДЛЯ КУРСОВОЙ РАБОТЫ.

1. Для усилительного транзисторного каскада (рис. 1):

1.1. Выбрать транзистор по приложению 1, определить напряжение источника питания U_П, рассчитать сопротивление резисторов и выбрать их номиналы по приложению 2.

1.2. Определить h -параметры, h_11Э, h_21Э в рабочей точке транзисторного каскада, его входное и выходное сопротивле­ния R_ВХ и R_ВЫХ.

1.3. Найти амплитуды напряжения и тока базы U_бт, I_бт, коэффициенты усиления каскада по току, напряжению и мощ­ности K_I, K_V, K_P и амплитуду напряжения источника сигнала U_Gm.

1.4. Рассчитать емкости конденсаторов, выбрать их номи­нал по приложениям 2,3.

 

2. Задана схема на операционном усилителе, необходимо:
2.1. Рассчитать сопротивления резисторов и емкости конденсаторов, выбрать их номиналы по приложениям 2, 3.

2.2. Выбрать операционный усилитель (ОУ).

2.3. Определить максимальные амплитуды источников сиг­нала.

3. Для логической функции необходимо:

3.1. Упростить функцию, пользуясь алгеброй логики.

3.2. Составить таблицу истинности.

3.3. Разработать функциональную электрическую схему на
базовых элементах (И, ИЛИ, НЕ).

Выберите исходные данные для всех пунктов задания по двум последним цифрам вашего шифра.

По последней цифре:

Таблица 1.

Последняя цифра шифра
К пункту 1 задания	Сопротивление нагрузки RП, Ом
Амплитуда напряжения в нагрузке UНМ, В	0,5		1.5		2,5	2,25	1,75	1,25	0,75	1,0
К пункту 2 задания	Схема на ОУ, рисунок	4а	4б	4в	4г	4д	4а	4б	4г	4г	4д
Коэффициент усиления по напряжению для источника сигнала KU2	-	-		-	-	-	-		-	-
Нижняя граничная частота FН, Гц	-	-	-			-	-	-
Внутреннее сопротивление источника сигнала RG2, кОм	-	-		-	-	-	-		-	-
К пункту 3 задания	Логическая функция F^*	X((Y+Z X)+A1)A2*	(X Z+Y)Z+A1+A2	X(Y +XY Z)+A1A2	X(YZ+X) (A1+A2)	X Y(Z+X)+A1+A2	XY(Z+ X)+A1+A2	X(Y +Z+X)+A1A2	XYZ+ ZX Y+A1+A2	XY(Z+XY)+A1+A2	X(YZ+X Y)A1+A2

*Примечание. Здесь и далее черту снизу нужно читать, как знак инверсии, т.е. черта сверху.

 

A₁, A₂ – из таблиц 2,3.

 

По предпоследней цифре:

Таблица 2.

 

Предпоследняя цифра
К пункту 1 задания	Внутреннее сопротивление источника сигнала RG, Ом
К пункту 2 задания	Внутреннее сопротивление источника сигнала RG1, кОм
К пункту 3 задания	Логическая функция А1	XYZ	X Y Z	XY Z	XY Z	X Y Z	X YZ	XYZ	X Y Z	XY Z	XYZ

 

По последней цифре:

Таблица 3.

 

Последняя цифра
К пункту 1 задания	Нижняя граничная частота FН, Гц
К пункту 2 задания	Коэффициент усиления по напряжению для источника сигнала KU1
К пункту 3 задания	Логическая функция А2	XY(ZX+ZY)	XY (XZ+ Z)	XZ(XY+ X)	Y(Z+ZX)	ZY(XZ+ X)	X(XYZ+ZY)	Z(XYZ+ Z Y)	(XY+ Z X)ZY	(ZY +ZX)YZ	XY

 

 

Прочие данные:

Таблица 4.

 

Допустимые частотные искажения на граничной частоте МН	1, 41
К пункту 2 задания	Динамический диапазон выходного напряжения D, дБ
Максимальная температура окружающей среды ТМ, ^0С

 

 

Методические советы.

К пункту 1.1.

Вычертить принципиальную электрическую схему транзисторного усилительного каскада (рис. 1).

 

 

Рис. 1Принципиальная электрическая схема

усилительного каскада.

 

Рассчитать сопротивление резистора коллекторной цепи транзистора:

 

R_K = (1+K_R)∙R_H

 

где K_R – коэффициент соотношения сопротивлений R_H и R_K.

 

K_R = 1.2 1.5 при R_H 1 кОм;

K_R = 1.5 5.0 при R_H > 1 кОм.

 

Номинал резистора R_K выбирается по приложению 2. Определить эквивалентное сопротивление нагрузки каскада:

R_K R_H

R_H =

R_K + R_H

 

Найти амплитуду коллекторного тока транзистора:

U_Hm

I_KM =

R^`_H

 

Определить ток покоя (ток в рабочей точке) транзистора:

I_Кm

I_КП =

k_З

 

где: k_З - коэффициент запаса.

k_З = 0,7 0,95,

k_З = 0,7 – максимальные нелинейные искажения,

k_З = 0,95 – максимальный КПД.

 

Рассчитать минимальное напряжение коллектор-эмиттер в рабочей точке транзистора:

 

U_{КЭП min} = U_Hm + U₀,

 

где U₀ – напряжение коллектор-эмиттер, соответствующее началу прямолинейного участка выходных характеристик транзистора, В;

U₀ = 1 В – для транзисторов малой мощности (P_K 150 мВт);

U₀ = 2 В – для транзисторов большой и средней мощности (P_K > 150 мВт).

 

Если U_{КЭП min} меньше типового значения U_КЭП = 5 В, то следует выбрать

U_КЭП = 5 В, в противном случае,

U_КЭП = U_{КЭ min}.

 

 

Рассчитать напряжение источника питания:

U_КЭП + I_КП∙R_K

U_П =,

0,7 0,9

 

значение расчётного напряжения U_П округлить до ближайшего целого числа.

Определить и выбрать номинал сопротивления резистора эмиттерной цепи транзистора:

U_П

R_Э = (0, 1 0, 3)

I_КП

 

Выбрать транзистор из приложения 1 по параметрам:

а) максимально допустимое напряжение коллектор-эмиттер:

 

U_{КЭ ДОП} U_П;

 

б) максимальный допустимый средний ток коллектора:

 

I_{К ДОП} > I_КП;

 

в) максимальная мощность рассеивания на коллекторе P_{K max} при наибольшей температуре окружающей среды Т_m:

 

P_{K max} > I_КП U_КП ,

 

P_{K max} находится по формуле:

T_{П max} – T_m

P_{K max} = P_{К ДОП},

T_{П max} – T₀

 

где P_{К ДОП} – максимально допустимая мощность рассеивания на коллекторе при температуре окружающей среды Т₀, Вт;

T_{П max} – максимальная температура перехода, ⁰С;

Т₀ – температура окружающей среды, при которой нормируется P_{К ДОП}, 25 ⁰С;

P_{К ДОП}, T_{П max} – справочные величины.

 

Вычертить входные и выходные характеристики выбранного транзистора.

На выходных характеристиках транзистора построить нагрузочную прямую постоянного тока по точкам А, В с координатами (рис 2б)

 

U_П

точка А U_КЭ = 0, I_K =,

R_K + R_Э

точка В U_КЭ = U_П, I_K = 0.

 

На пересечение нагрузочной прямой и прямой I_K = I_КП нанести рабочую точку С. Уточнить напряжение U_КЭ в рабочей точке (U_КЭП = U_КЭ в точке С).

 

Рис. 2а.

Входные и выходные характеристики транзистора

(к пункту 1).

 

 

Определить ток базы I_бП транзистора в точке С (рабочей точке).

 

 

Рис 2б.

 

На входную характеристику (рис 2а) нанести рабочую точку С – пересечение входной характеристики (при U_КЭП) и прямой I_б = I_бП. Определить U_бЭП.

Выбрать ток, протекающий через базовый делитель:

 

I_Д = (5 10) I_бП.

 

 

Рассчитать сопротивления и выбрать номиналы резисторов базового делителя R_б1, R_б2:

 

;

 

 

Найти эквивалентное сопротивление базового делителя:

R_б1 R_б2

R_Д =.

R_б1 + R_б2

 

К пункту 1.2.

Определить по входным характеристикам транзистора входное сопротивление транзистора h _11Э в рабочей точке; задать приращение D U_бЭ около рабочей точки С, найти соответствующее ему приращение базового тока D I_б. Вычислить h_11Э:

Δ U_бЭ

h_11Э =.

Δ I_б

 

По выходным характеристикам транзистора определить коэффициент передачи тока транзистора h _21Э. Найти приращение коллекторного тока и соответствующее ему приращение базового тока при пересечении прямой U_КЭП = U_КЭ соседних от рабочей точки С выходных характеристик (точки Д, Е рис. 2б):

Δ I_К

h _21Э =

Δ I_б

 

Определить входное сопротивление каскада:

h _11Э R_Д

R_ВХ =.

h _11Э + R_Д

 

Найти выходное сопротивление каскада:

 

R_ВЫХ R_K.

 

К пункту 1.3.

 

Построить на выходных характеристиках транзистора нагрузочную прямую по переменному току, которая проходит через рабочую точку С и имеет наклон (рис. 2б):

Δ I_К

= 1 / R^`_H.

Δ U_КЭ

 

Нанести на выходные характеристики транзистора амплитуды коллекторного тока I_Km и напряжения U_Hm (рис. 2б), определить амплитуду базового тока:

Δ I_б

I_бm =.

 

На входных характеристиках (рис. 2а) показать амплитуды базового тока и входного напряжения транзистора:

Δ U_бЭ

U_ВХТ =.

 

Определить коэффициенты усиления каскада по току, напряжению и мощности К_I, K_U, K_P:

R_H R_H

K_I h _21Э; K_U = K_I; K_P = K_I K_U.

R_H R_G + R_ВХ

 

Рассчитать амплитуду напряжения источника сигнала:

U_Hm

U_Gm =.

K_V

 

К пункту 1.4.

 

Частотные искажения в области нижних частот вносятся разделительными конденсаторами С_Р1, С_Р2 и блокировочным конденсатором С_б1. Рекомендуется частотные искажения в области нижних частот равномерно распределить между конденсаторами С_Р1, С_Р2, С_б1:

 

M_НС = .

 

 

Рассчитать ёмкость конденсатора:

 

С_Р1 ,

2 p F_H (R_G + R_ВХ)

 

выбрать номинал ёмкости конденсатора С_Р1 из приложения 2 (при ёмкости менее 10 мкФ) или приложения 3 (при ёмкости 10 мкФ и более).

Определить ёмкость конденсатора С_Р2 и выбрать её номинал:

 

С_Р2 .

2 p F_H (R_ВЫХ + R_H)

 

Рассчитать ёмкость блокировочного конденсатора С_б1 и выбрать её номинал:

 

С_б1 .

2 p F_H R^`_H

Пример к пункту 1.

 

Исходные данные:

R_H = 270 Ом; U_Hm = 2 В; R_G = 550 Ом;

F_H = 20 Гц; М_Н = М_В = 1,41.

 

Рассчитаем сопротивление резистора в цепи коллектора транзистора:

 

R_K = (1 + K_R ) R_H = (1 + 1,2)*270 = 594 Ом.

 

Выберем номинал сопротивления резистора R_K = 620 Ом.

Определим эквивалентное сопротивление нагрузки каскада:

R_H R_K 270*620

R^`_H = = = 188 Ом.

R_H + R_K 270 + 620

 

Найдём амплитуду коллекторного тока транзистора:

U_Hm 2

I_KM = = = 10, 6∙10^-3 А.

R^`_H 188

 

Определим ток покоя (ток в рабочей точке) транзистора:

I_Кm 10, 6∙10^-3

I_КП = = = 15∙10^-3 A.

k_З 0,7

 

Определим минимальное напряжение коллектор-эмиттер в рабочей точке транзистора:

U_{КЭП min} = U_Hm + U₀ = 2 + 1 = 3 В,

 

т.к. U_{КЭП min} меньше типового значения U_КЭП = 5 В, принимаем U_КЭП = 5 В.

Рассчитаем напряжение источника питания:

 

U_КЭП + I_КП∙R_K 5 + 15∙10^-3∙620

U_П = = = 20,4 В

0,7 0,9 0,7

 

Входные и выходные характеристики транзистора КТ315Г.

Рис 3а.

 

Выбираем напряжение питания U_П = 20 В.

Определим сопротивление резистора:

U_П 20

R_Э = (0, 1 0, 3) = 0, 3 = 399 Ом,

I_КП 15*10^-3

 

Номинал резистора R_Э = 390 Ом.

Выбираем транзистор КТ315Г:

 

U_{КЭ ДОП} = 25 В > U_П = 20 В;

I_{К ДОП} = 100 мА > I_КП = 15 мА.

 

Вычертим выходные и входные характеристики транзистора КТ315Г (рис.3).

Рис 3б.

 

На выходных характеристиках транзистора КТ315Г построим нагрузочную прямую постоянного тока по точкам А, В.

U_П 20

Точка А: U_КЭ = 0, I_K = = = 19,8∙10^-3 А;

R_K + R_Э 620 + 390

 

точка В: U_КЭ = U_П, I_K = 0.

 

Нанесём рабочую точку С на нагрузочную прямую с координатой

I_K = I_КП = 15∙10^-3 А, уточним напряжение U_КЭ в точке покоя:

 

U_КЭП = 5 В.

 

Рассчитаем мощность в точке покоя транзистора:

 

Р_КП = I_КП U_КЭП = 5∙15∙10^-3 = 75∙10^-3 Вт.

 

Определим наибольшую мощность рассеивания транзистора при максимальной рабочей температуре:

T_{П max} – T_m 120 – 40

P_{K max} = P_{К ДОП} = 150∙10^-3 = 125∙10^-3 Вт,

T_{П max} – T₀ 120 – 25

 

Р_КП < P_{K max}, следовательно, транзистор КТ315Г выбран правильно.

Находим координаты рабочей точки С на входной характеристике транзистора

U_бЭП + I_КП R_Э 0, 53 + 15∙10^-3∙390

R_б2 = = = 6, 38∙10³ Ом,

I_Д 1∙10^-3

 

номинал сопротивления резистора R_б2 = 6,2 кОм.

Определим сопротивление резистора базового делителя:

 

 

номинал резистора R_б1 = 13 кОм.

Найдём эквивалентное сопротивление базового делителя:

R_б1 R_б2 13∙10³∙6, 2∙10³

R_Д == = 4, 2∙10³ Ом.

R_б1 + R_б2 13∙10³ + 6, 2∙10³

 

По выходным характеристикам транзистора (рис. 2 б) определим h _21Э в рабочей точка транзистора:

 

Δ I_К 10,6∙10^-3

h _21Э = = = 106.

Δ I_б 0,1∙10^-3

 

По входным характеристикам (рис. 2а) найдём h _11Э в рабочей точке:

D U_бЭ 0,125

h _11Э = = = 625 Ом.

D I_В 0,2∙10^-3

 

Найдём входное сопротивление каскада:

h _11Э R_Д 625∙4,2∙10³

R_ВХ = = = 540 Ом.