Контрольная работа по радиоэлектронике

1. Определение недостающих данных  для расчета

 

Рис. 1. Структурная схема  устройства

Недостающими параметрами для  расчета являются:

- напряжение на выходе выпрямителя  и ток выпрямителя ;

- ток нагрузки стабилизатора,  равный потребляемому току усилительного  каскада  и напряжение на выходе стабилизатора

Расчет недостающих параметров проводим в следующем порядке.

Напряжение на выходе стабилизатора равно напряжению питания усилительного каскада :

=12 В.

Напряжение на выходе выпрямителя  определяется соотношением:

=1,5·12=18,0 В.

Ток, потребляемый усилительным каскадом,

=1,2·12/3000=4,8·10^-3 А.

Ток нагрузки стабилитрона: =4,8·10^-3 А.

Ток выпрямителя: =(4,8+10,0)·10^-3=14,8·10^-3 А.

 где  =10 мА – номинальный ток стабилитрона, определяется далее.

По этим данным необходимо рассчитать следующие схемы.

1) Усилительный каскад на биполярном  транзисторе. Транзистор необходимо  выбрать из следующих условий: , .

2) Параметрический стабилизатор.

а) Для этого необходимо выбрать  тип стабилизатора, исходя из требуемой  величины коэффициента стабилизации : можно выбрать параметрический тип стабилизатора.

б) Следует выбрать тип стабилитрона, для которого напряжение стабилизации равно в случае параметрического стабилизатора.

Для выбранного типа стабилитрона определить номинальный ток стабилитрона .

3) Выпрямитель.

Для него следует выбрать выпрямительный диод со следующими параметрами:

допустимое обратное напряжение  В,

максимальный прямой ток 

Тип прибора	Предельные значения  параметров при Т=25°С		Значения параметров  при Т=25°С					Тк.мах  (Тп.)  °С
	Uобр.макс.   (Uобр.и.мак.)  B	Iпр.макс.  (Iпр.и.мак.)  mA (A)	fраб. (fмакс.)  mГц	Cд, пФ	Uпр. B	при Iпр. mA	Iобр., mkA
Д220	50	50 (0,5)	–	15	1,5	50	1,0	100

 

2. Расчет выпрямителя с емкостным  фильтром

2.2 Расчет  выпрямителя с емкостным фильтром.

Рис. 2 Графики для определения функций

 

Исходные данные для расчета    Таблица 2.1

Диоды: Д220
Uвыпр=18,0 В	Коэффициент пульсаций:
Iвыпр=14,8 мА	q2=0,01
Порядок расчета	Таблица 2.2
Мостовая схема выпрямителя
1. Параметр , где  Ом.
Ri0 - сопротивление диода постоянному току. m=2 Ri0=20 Ом
rтр - сопротивление обмоток трансформатора rтр=(0,05…0,07)Ri0=1 Ом
=18/14,8·10-3=1216 Ом
Из графика определяем параметры F=8; H=152; B=0,775; D=2,4.
2. Максимальное значение анодного тока диода
= (14,8·10-3/2)·8=59,2·10-3 А.
3. Действующее значение  напряжения вторичной обмотки  трансформатора : U2=18,0·0,775=13,95 В.
4. Максимальное обратное  напряжение на диоде
=2·1,414·6,3=39,46 В.
5. Действующее значение  тока вторичной обмотки трансформатора
=14,8·10-3/2·2,4=17,76·10-3 А
6. Действующее значение  тока первичной обмотки трансформатора
=0,0634·1,4142·17,76·10-3=1,6·10-3 А.
где – коэффициент трансформации трансформатора k=13,95/220=0,0634
7. Расчетная мощность  вторичной обмотки трансформатора
=2·17,76·10-3·13,95=0,5 Вт.
8. Расчетная мощность  первичной обмотки трансформатора
=1,6·10-3·220=0,35 Вт.
9. Расчетная мощность  трансформатора
=(0,5+0,35)/2=0,425 Вт.
10. Емкость конденсатора  фильтра в мкФ для f=50 Гц =1·152/(21·0,01) =724 мкФ.

 

 

Рис.2 Вольтамперная характеристика диода.

 

3. Расчет стабилизаторов постоянного  напряжения

Рис.3.1 а) схема параметрического стабилизатора;

б) вольтамперная характеристика стабилитрона.

 

1. Рассчитать сопротивление R_б из выражения

 Ом.

где  мА– номинальный ток стабилитрона (рис. 3.1,б).

2. Построить линию нагрузки для выбранного стабилитрона, а также ее крайние положения при изменении входного напряжения в заданных пределах ( ; ).
3. Определить основные параметры параметрического стабилизатора по формулам:

коэффициент полезного действия, равный отношению мощности, выделяемой в нагрузке, к входной мощности, т. е.

коэффициент стабилизации, определяемый как отношение относительного приращения напряжения на входе стабилизатора DU_выпр/U_выпр к относительному приращению напряжения на выходе DU_стаб/U_стаб при постоянной нагрузке:

выходное сопротивление  параметрического стабилизатора определяется дифференциальным сопротивлением стабилитрона R_д на рабочем участке вольтамперной характеристики:

 Ом.

поскольку выходным напряжением  стабилизатора является напряжение на стабилитроне (U_стаб=U_ст), а изменение тока в нагрузке равно изменению тока через стабилитрон (DI_стаб=DI_ст).

Коэффициент стабилизации параметрического стабилизатора

.

 

Основные параметры  диода Д815Д

 

Тип  прибора	Предельные значения  параметров при Т=25°С			Значения параметров  при Т=25°С
	Uст.ном.    B	при  Iст.ном.  mA	Рмакс.    mBt	Uст.		rст.    Om	aст.  10-2   %/°С	Iст.
				мин  B	мах  B			мин  mA	мах  mA
Д815Д	12,0	500	8000	10,8	13,3	2,0	9,0	25	650

 

Выбираем стабилитрон  КС456А:U=5,6B; I_ст=3 – 140 мА; r_диф=10 – 145 Oм; P_max= 1000 мВт.

 

4 Графоаналитический расчет  рабочего режима биполярного  транзистора

Исходные данные: транзистор включен в усилительный каскад по схеме ОЭ. Каскад питается от одного источника с напряжением Eпит =12 В, сопротивление резистора нагрузки R_н=3000 Ом. Известен тип транзистора и его характеристики:

KT315B, n-p-n, Iбmax=2 мА, Uбэ=6 В, Pк,мах=150 мВт, β=50 – 90. предельно допустимые параметры:

Требуется:

а) построить линию  предельной мощности Pkmax;   Pк,мах 0,15 0,15 0,15 0,15 7,5 10 15 20 20 15 10 7,5
б) построить линию  нагрузки, определить рабочий участок  и выбрать рабочую точку:  А;  В.

 

в) по выходным характеристикам  найти постоянную составляющую тока коллектора I_K0, постоянную составляющую напряжения коллектор—эмиттерU_КЭ0 , амплитуду переменной составляющей тока коллектора I_mk, амплитуду выходного напряжения U_mR=U_mКЭ, коэффициент усиления по току K_I, выходную мощность P_вых , мощность, рассеиваемую на нагрузке постоянной составляющей тока коллектора Р_R0, полную потребляемую мощность в коллекторной цепи P₀, КПД коллекторной цепи h. Проверить, не превышает ли мощность Р_K0, выделяемая на коллекторе в режиме покоя, максимально допустимую мощность Р_kmax;

г) с помощью входных  характеристик определить напряжение смещения U_БЭ0,амплитуду входного сигнала U_mбэ, входную мощность R_вх, коэффициент усиления по напряжению К_u и по мощности К_р, входное сопротивление каскада R_вх, сопротивление резистора смещения R_б.

Порядок решения задачи следующий.

1. На семействе выходных  характеристик строим линию максимально  допустимой мощности, используя  уравнение.

2. Используя уравнение линии нагрузки I_K=Е/R_н, на семейство выходных характеристик наносим линию нагрузки: при I_к=0   U_кэ=Е=12 В - первая точка линии нагрузки; при Uкэ =0; I_к=Е/R_н=12/3000=4 мА – вторая точка линии нагрузки.
3. Определить рабочий участок, ограниченный режимами насыщения и отсечки.
4. Выбрать рабочую точку посередине рабочего участка (точка Т).

6. Постоянная составляющая тока базы I_Б0=50 мкА. Ей будут соответствовать постоянная составляющая тока коллектора I_ко=1,4 мА и постоянная составляющая напряжения U_кэ0=9 В.
7. Зададим амплитуду переменной составляющей тока базы I_mб.
8. Амплитуду переменной составляющей тока коллектора определим как среднее значение:

8. Амплитуда переменного  напряжения на нагрузке

9. Коэффициент усиления по току К_I=I_mk/I_mб=2,2·10^-3/(50·10^-6)=44.
10. Выходная мощность P_вых = 0,5I_mкU_mR=0,5×2,2×10^-3×6,6 =7,26 мВт.
11. Полная потребляемая мощность в коллекторной цепи

Р₀=EI_ко=12×2,5×10^-3=30 мВт.

12. КПД коллекторной цепи h=Р_вых/Р_о = 7,26×10^-3/(30×10^-3)=0,242= 24,2%.

Рис. 4.3 Усилительный каскад по схеме  с общим эмиттером

13. Мощность, рассеиваемая на коллекторе постоянной составляющей коллекторного тока, Р_к0=I_k0U_кэ0=1,4×10^-3×9,0=12,6 мВт<Р_Kmax=150 мВт, т. е. режим работы допустим.
14. Далее расчет ведем по семейству входных характеристик. Поскольку у транзисторов входные характеристики расположены близко друг от друга, то в качестве рабочей входной характеристики можно принять одну из статических .входных характеристик, соответствующую активному режиму, например характеристику, снятую при U_КЭ=6 В. Из графика находим, что U_бэ0=0,7 В. Амплитуда входного напряжения:

U_mбэ=(U_{бэ max}–U_бэmin)/2=(0,733–0,6)/2=50 мВ

15. Модуль коэффициента усиления по напряжению