Для электрической схемы изображенной на рис

Контрольная 1
Задача 2.
Для электрической схемы изображенной на рис. 2-1 -2-10, по заданным в табл. 2
параметрам и э.д.с. источника определить токи во всех ветвях цепи и напряжения на
отдельных участках. Составить баланс активной и реактивной мощностей. Построить в
масштабе на комплексной плоскости векторную диаграмму токов и потенциальную
диаграмму напряжений по внешнему контуру. Определить показание вольтметра и
активную мощность, показываемую ваттметром.
W
E
r1
L1
r2
L2
Рис. 2 - 2
r3
L3
c3
V
C2 ,
мкф
300
300
300
300
300
-
C3 ,
мкф
100
C4 ,
мкф
-
L1 , мГн
0
1
2
3
4
5
2-1
2-1
2-1
2-1
2-1
2-2
150
100
120
200
220
50
50
50
50
50
50
50
C1 ,
мкф
637
637
637
637
637
-
6
7
8
9
10
11
2-2
2-2
2-2
2-2
2-3
2-3
100
120
200
220
50
100
50
50
50
50
50
50
637
637
-
100
100
100
100
-
-
15,9
15,9
15,9
15,9
-
1000
1000
1000
1000
15,9
15,9
115
115
115
115
6,37
6,37
10
10
10
10
5
5
4
4
4
4
10
10
100
100
100
100
8
8
12
13
14
15
16
17
2-3
2-3
2-3
2-4
2-4
2-4
120
200
220
150
100
120
50
50
50
50
50
50
637
637
637
-
1600
1600
1600
-
-
31,8
31,8
31,8
15,9
15,9
15,9
-
6,37
6,37
6,37
95
95
95
5
5
5
10
10
10
10
10
10
2
8
8
8
8
8
10
10
10
18
19
20
21
22
23
2-4
2-4
2-5
2-5
2-5
2-5
200
220
50
100
120
200
50
50
50
50
50
50
637
637
637
637
1600
1600
159
159
159
159
-
-
31,8
31,8
-
-
95
95
95
95
95
95
10
10
15
15
15
15
8
8
10
10
10
10
10
10
-
Вариант Рисунок
E,В
f , Гц
L3 , мГн
r1 , Ом
r2 , Ом
r3 , Ом
15,9
L2 ,
мГн
1000
15,9
15,9
15,9
15,9
15,9
115
2
8
8
8
8
10
3
3
3
3
3
4
4
4
4
4
4
100
Задача 3.
Для электрической схемы изображенной на рис. 3-1 – 3-17, по заданным в табл. 3
параметрам и линейному напряжению определить фазные и линейные токи в нейтральном
проводе (для четырехпроводной схемы), активную мощность всей цепи и каждой фазы
отдельно. Построить векторную диаграмму токов и напряжений на комплексной
плоскости.
a
ra
xa
n
rc
xc
c
b
Рис. 3 - 3
xb
rb
0
1
2
3
4
5
3-1
3-1
3-1
3-2
3-2
3-2
127
220
380
127
220
380
8
8
8
3
8
8
8
8
8
4
4
4
8
8
8
6
6
6
6
6
6
4
4
4
6
6
6
3
3
3
6
6
6
8
8
8
rab ,
Ом
-
6
7
8
9
10
11
3-3
3-3
3-3
3-4
3-4
3-4
127
220
380
127
220
380
4
4
4
16,8
16,8
16,8
8
8
3
8
8
8
6
6
6
8
8
8
3
3
8
14,2
14,2
8
4
4
4
6
6
6
8
9
8
4
4
4
-
-
-
-
-
-
12
13
14
15
16
17
3-5
3-5
3-5
3-6
3-6
3-6
127
220
380
127
220
380
10
10
10
-
-
-
-
10
10
10
-
10
10
10
-
8
8
8
8
8
8
8
8
8
6
6
6
6
6
6
6
6
6
18
19
20
21
22
23
3-7
3-7
3-7
3-8
3-8
3-8
127
220
380
127
220
380
-
-
-
-
-
-
8
8
8
4
4
4
4
4
4
8
8
8
6
6
6
6
6
6
4
4
4
3
3
3
3
3
3
4
4
4
8
8
8
8
8
8
Вариант Рисунок
Uл , В
ra ,Ом
rb , Ом
rc , Ом
x a , Ом
x b , Ом
xс , Ом
rbc ,
Ом
-
rca ,
Ом
-
x ab ,
Ом
-
x bc ,
Ом
-
x ca ,
Ом
-
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА 2.
Задача 1.
Для трехфазного трансформатора, параметры которого приведены в табл. 6,
определить коэффициент мощности холостого хода cos  0 коэффициент мощности cos 
при нагрузках   0,7 и cos  2 ,   0,7 и cos  2  0,75 , сопротивления первичной и
вторичной обмоток r1 , x1 r2 и x 2 , расчетные сопротивления z 0 , r0 и x 0 ,
угол магнитных потерь  . Построить векторную диаграмму трансформатора для нагрузки
  0,8 и cos  2  0,75 . Построить внешнюю характеристику U 2  f1 ( ) и зависимость
к.п.д. от нагрузки   f 2 ( ) для cos  2  0,75 . Начертить Т-образную схему замещения
трансформатора.
Задача 2.
Двигатель параллельного возбуждения, номинальное напряжение которого U н при
номинальной нагрузке потребляет ток I н , а при холостом ходе — I 0 Номинальная
скорость вращения nн , сопротивление обмотки якоря rя , сопротивление цепи
возбуждения rв . Магнитные и механические потери принять постоянными при всех
режимах работы двигателя (табл. 7). Определить: номинальную мощность двигателя Pн ,
номинальный вращающий момент M н , номинальный к.п.д.  н , ток I м , при котором
мощность, на валу двигателя достигнет максимального значения, величину этой
мощностей P2м и к.п.д.  м .
Вариант
Группа
соединений
Номинальная
мощность
S н , кВ  А
Данные для расчета
Номинальное напряжение
Напряжение
короткого
замыкания
U 1н , В
U 2н , В
uк , %
6300
400
5,0
6300
230
5,0
10000
400
5,0
10000
400
5,0
10000
230
5,0
Мощность
короткого
замыкания
Pк , Вт
335
600
850
1325
1875
Мощность
холостого
Ток
холостого
хода Pо , Вт
хода I о , %
105
180
300
440
590
10,0
9,0
9,0
8,0
7,5
0
1
2
3
4
Y Y0  0
Y   11
Y Y0  0
Y Y0  0
Y Y0  0
10
20
30
50
75
5
6
7
8
9
Y Y0  0
Y   11
Y Y0  0
Y   11
Y Y0  0
100
180
240
320
420
10000
10000
10000
35000
10000
525
525
525
10 500
525
5,0
5,0
5,0
6,5
5,5
2400
4100
5100
6200
7000
730
1200
1600
2300
2100
7,5
7,0
7,0
7,5
6,5
10
11
12
13
14
Y Y0  0
Y Y0  0
Y   11
Y   11
Y Y0  0
25
25
25
25
40
6000
10000
6000
10000
10000
230
230
400
400
230
4,5
4,7
4,5
4,7
4,5
600
690
600
690
880
125
125
125
125
180
3,0
3,0
3,0
3,0
3,0
15
16
17
18
19
20
Y Y0  0
Y Y0  0
Y   11
Y   11
Y   11
Y   11
40
40
40
63
63
63
6000
6000
10000
6000
6000
10000
230
400
400
230
400
230
4,5
4,7
4,0
4,5
4,5
4,7
880
1000
690
1280
1280
1470
180
180
125
260
260
260
3,0
3,0
3,2
2,8
2,8
2,8
0
0
0
0
Y   11
Y   11
63
63
63
63
100
100
10000
2000
20000
2000
10000
10000
400
400
230
400
230
400
4,7
4,7
4,7
4,5
4,7
4,7
1470
1470
1470
1280
2270
2270
260
260
260
260
365
365
2,8
2,8
2,8
2,8
2,6
2,6
27
28
29
30
31
32
Y   11
Y Y0  0
Y   11
Y Y0  0
Y   11
Y Y0  0
100
100
100
100
100
100
6000
6000
20000
20000
35000
35000
230
400
230
400
230
400
4,5
4,5
4,7
4,7
4,7
4,7
1970
1970
2270
2270
2270
2270
365
365
465
465
465
465
2,6
2,6
2,6
2,6
2,6
2,6
33
34
35
36
37
38
Y   11
Y   11
Y Y0  0
Y Y0  0
Y   11
Y   11
160
160
160
160
160
250
6000
6000
10000
10000
6000
6000
230
400
230
400
690
230
4,5
4,5
4,5
4,5
4,5
4,5
2650
2650
3100
3100
2650
3700
540
540
540
540
540
780
2,4
2,4
2,4
2,4
2,4
2,3
39
40
41
42
43
Y   11
Y Y0  0
Y Y0  0
Y Y0  0
Y Y0  0
250
250
250
400
400
6000
10000
10000
3000
6000
400
230
690
400
400
4,5
4,7
4,7
4,5
4,5
3700
4200
4200
5500
5500
780
780
780
1080
1080
2,3
2,3
2,3
3,2
3,2
21
22
23
24
25
26
Y
Y
Y
Y
Y0
Y0
Y0
Y0
Вариант
Uн, В
0
1
2
3
4
5
220
220
115
110
220
110
6
7
8
9
10
220
110
220
220
110
11
12
13
14
15
110
220
110
220
220
16
17
18
19
20
110
110
220
220
110
21
22
23
24
25
110
220
220
220
220
I н, А
15
53
100
267
16,3
7,8
19,8
35
32
34
9,5
20
15
8,2
20,5
40
10,5
18,6
16
32
28
25
60
50
102
151
Данные для расчета
I 0, А
rя , Ом
rв , Ом
1,6
5,3
9,5
5
1,78
0,7
1,2
0,212
0,11
0,04
1,16
0,8
180
33
50
27,5
75
210
nн , об мин
1025
1225
1000
1100
1025
1240
2,0
3,2
2,8
3,0
0,9
1,5
0,6
0,94
0,45
1,9
150
60
120
110
200
960
1400
1600
1100
850
1,8
1,5
0,8
2,35
4,2
0,7
0,82
1,4
0,74
0,52
80
200
220
258
190
940
1350
1450
1025
1420
1,2
2,0
1,8
3,5
3,2
1,2
0,9
0,6
0,62
0,55
160
120
270
200
80
960
825
1600
1350
875
2,6
6,8
5,7
9,5
15
0,58
0,40
0,40
0,12
0,07
90
130
150
110
75
1110
935
1340
750
1000
Указание. Для определения тока, при котором мощность на валу двигателя достигает
dp
максимального значения; необходимо найти первую производную
выражения
dI м
P  U н  rя ( I м  I в )( I м  I в )  Pм и приняв ее к нулю, определить I м .
Расчет усилителей.
Расчет каскада транзисторного усилителя напряжения
низкой частоты с реостатно-емкостной связью.
Последовательность расчета приводится для транзистора, включенного по схеме ОЭ
(общий эмиттер). На рис. 42 дана схема каскада усилителя.
Исходные данные: 1) напряжение на выходе каскада U вых. м (напряжение на
нагрузке); 2) сопротивление нагрузки Rн 3) нижняя граничная частота f н 4) допустимое
значение коэффициента частотных искажений каскада в области нижних частот M н ; 5)
напряжение источника питания Et п .
Примечание. Считать, что каскад работает в стационарных условиях
( Tмин  15C; Tм  25C ). При расчете влиянием температуры на режим транзистора
пренебрегаем.
Определить: 1) тип транзистора; 2) режим работы транзистора 3) сопротивление
коллекторной нагрузки Rк 4) сопротивление в цепи эмиттера Rэ 5} сопротивления
делителя напряжения R1 стабилизирующие режим работы транзистора; 6) емкость
разделительного конденсатора C р ; 7) емкость конденсатора в цепи эмиттера C э 8)
коэффициент усиления каскада по напряжению KU .
Порядок расчета: 1. Выбираем тип транзистора, руководствуясь следующими
соображениями: а) U кэ.доп  (1,1  1,3) Eп , U кэ.доп - наибольшее допустимое напряжение
U вых. м
, I н. м Rн
- наибольший допустимый ток
между коллектором и эмиттером, приводится в справочниках; б) I к.доп  2
наибольшая возможная амплитуда тока нагрузки; I к .доп
коллектора, приводится в справочниках.
Примечания: 1) Заданному диапазону температур удовлетворяет любой транзистор.
2) Для выбранного типа транзистора выписать из справочника значения
коэффициентов, усиления по току для ОЭ  м ин и  м . В некоторых справочниках дается
коэффициент усиления  по току для схемы ОБ и начальный ток коллектора I к.н . Тогда


(при выборе режима работы транзистора необходимо выполнять условия
1
I к. мин  I к. м ).
3) Для каскадов усилителей напряжения обычно применяют маломощные
транзисторы типа ГТ-108, ГТ-109, МП20, МП21, МП25,МП40, МП41, МП42, МП111,
МП113 и др. (Справочник по полупроводниковым диодам, транзисторам и интегральным
схемам /Под ред. Н. Н. Горюнова. - М.: Энергия, 1972; Справочник - транзисторы/ Под
ред. Н. Ф. Николаевского.- М: Связь, 1969; Лавриненко В. Ю. Справочник по
полупроводниковым приборам. – Киев: Техника, 1980; Справочник радиолюбителяконструктора. - М.: Энергия, 1977).
2. Режим работы транзистора определяем по нагрузочной прямой, построенной на
семействе входных статических (коллекторных) характеристик для ОЭ. Построение
нагрузочной прямой показано на рис. 45. Нагрузочная прямая строится по двум точкам: т.
0 - точка покоя (рабочая) и т. 1, которая определяется величиной напряжения источника
питания Eп . Координатами т. 0 являются ток покоя I к.0 и напряжение покоя U кэ 0 (т. е. ток
и напряжение, соответствующие U вых = 0).
Можно принять I к 0  (1,05  1,2) I вых  (1,05  1,2) I н. м .
Напряжение покоя U кэ 0
U кэ 0  U вых. м  U ост  U кт  U ост .
где U ост - наименьшее допустимое напряжение U кв .
При U кв  U ост возникают значительные нелинейные искажения, так как в рабочую
зону попадают участки характеристик, обладающие большой кривизной. Для
маломощных транзисторов можно принять U ост  0,15  1,0 В .
3. Определяем величины сопротивлений Rн и Rэ .
Iк 
Iк
Pк.доп
U кэ
I б5
I б4
4
3
I кт
I б3
I к.м
I
I б
I б2
5
I б1
I к0
2
1
I к.мин
I к.мин.доп
U ост
U кт
U кт
U кт
U к30
U кэ.м  Eп
Рис. 45
По выходным характеристикам (см. рис. 45) определяем Rоб  Rн  Rэ . Общее
сопротивление в цепи эмиттер – коллектор:
Rоб  Eп I ,
где I - ток, определяемый т. 1, т.е. точкой пересечения нагрузочной прямой, с осью
токов.
Принимая Rэ  (0,15  0,25) Rн , получим
Rоб
Rн 
; Rэ  Rоб  Rн .
(0,15  0,25)
4. Определяем наибольшие амплитудные значения входного сигнала тока I в х. м и
напряжения U в х. м , необходимые для обеспечения заданного значения U вых. м . Задавшись
наименьшим значением коэффициента усиления транзистора по току  м ин , получим
I вхт  I бт  I кт  мин ,
Причем I вхт не должен превышать величины
I  .м  I  .мин
, где для маломощных
2
транзисторов I бм  1  2 мА; , I б / мин  0,05 мА.
По входной статической характеристике для схемы ОЭ (рис. 46) и найденным
значениям I б . м ин и I бм находят, величину 2U вх. м .
5. Определяем входное сопротивление Rв х каскада переменному току (без учета
делителя напряжения R1 и R2 ):
2U вх.м 2U вх.m
.
Rвх ~ 

2I вх.m
2I .м
6. Определяем сопротивления делителя R1 и R2 . Для уменьшения шунтирующего
действия делителя на входную цепь каскада по переменному току принимают
RR
R12  (8  12) Rвх ~ , где R12  1 2 .
R1  R2
Тогда
R1 
Eп R1а Eп R12
;

Rэ I э
Rэ I ко
R2 
R1 R12
R1  R12
.
7. Определяем коэффициент нестабильности работы каскада:
Rэ ( R1  R2 )  R1 R2
,
S
R1 R2
Rэ ( R1  R2 ) 
1 м
где  м - наибольший возможный коэффициент усиления по току выбранного типа
транзистора.
Для нормальной работы каскада коэффициент нестабильности S не должен
превышать нескольких единиц.
8. Определяем емкость разделительного конденсатора C р :
Cр 
1
2f н Rвых M н2  1
; Rвых 
Rвых.Т Rк
 Rн ,
Rвых.Т  Rк
где. Rвых.Т - выходное сопротивление транзистора, определяемое по выходным
статическим характеристикам для схемы ОЭ. В большинстве случаев Rвых.Т  Rк поэтому
можно принять Rвых  Rк  Rн .
10
9. Определяем емкость конденсатора C э 
.
2f н Rэ
10. Определяем коэффициент усиления каскада по напряжению КU  U вых.м / U вх. м .
Примечание. Приведенный порядок расчета не учитывает требований на
стабильность работы каскада.
Задача. Рассчитать Каскад транзисторного усилителя напряжения для схемы с общим
эмиттером, (см. рис. 42):
U вых.м  4В , Rн  500Ом , f н  100 Гц;
М н  1,2 , Eп  12В .
Решение. 1. U  1,2E  1,2  f2  14,4 В ;
U
4
I к .доп  2 I н. м  2 вых. м  2 
 0,016 А  16 мА .
Rн
500
Выбираем транзистор МП42А, для которого I к.доп  30мА , U кэ.доп  15В ,  мин  30 ,
 м  50 , I к.мин.доп  25 мк. А .
2. Для построения нагрузочной прямой находим (рабочую) точку покоя (т. 0), для
этого определяем
I  1,2 I н.м  1,2  8  9,6мА ;
U кэ0  U вых. м  U ост  4  1  5В .
Вторая точка нагрузочной прямой U эк  Eп  12В . По полученным величинам
строится нагрузочная прямая.
3. По статическим выходным характеристикам и нагрузочной прямой находим
I  18мА , откуда
U кэ  5В
I б.м
2I бm
Iб
I б.мин
U бэ
U бэ.мин
U бэ.м
2U вх.м
Рис. 46
12
 670 Ом .
18  10 3
Следовательно,
R
670
Rк  об 
 560Ом ;
1,2
1,2
Rэ  Rоб  Rк  670  560  110Ом .
4. Наименьший коэффициент усиления по току (для схемы ОЭ) для транзистора
МП42А  мин  30 ,тогда I вх.мин  I б. мин  I к. мин . Из-за малого значения I к . м ин можно принять
Rоб 
I к. мин  0 и следовательно, I б . мин  0 .
I
14
I б. м  к. м 
 0,47мА .
 мин 30
Амплитуда входного тока
I  I б . мин 0,47
I бт  б . м

 0,253мА.
2
2
По входной статической характеристике (для схемы ОЭ)
U бэ.мин  0,11В; U бэ.м  0,33В;
2U вх.м  U бэ.м  U бэ.мин  0,33  0,11  0,22В.
5. Находим входное сопротивление транзистора переменному току
2U вх.м
0,22
Rвх ~ 

 470Ом.
2 I б.м
0,47  10 3
6. Для определения R1 и R2 находим R12  8Rвх ~  8  470  3800Ом . Отсюда
E R
12  3800
R1  п 12 
 43000Ом;
Rэ I ко
110  9,6  10 3
R1 R12
43000  3800

 4200Ом.
R1  R12 43000  3800
7. Определяем, будет ли схема достаточно стабильна
R R  R2   R1 R2
110  43000  4200  4300  4200
S э 1

 2,66.
RR
43000  4200
110  43000  4200 
Rэ R1  R2   1 2
1  50
1  м
Следовательно, работа рассчитанного каскада достаточно стабильна.
8. Определяем емкость C р
R2 
Cр 
1
2f н Rк  Rн  M  1
2
н

1
2  3,14  100560  500 1,2  1
2
 2,28  10 6 Ф.
Принимаем C р  3,0мкФ.
Определяем емкость C э
10
10
Cэ 

 159  10 6 Ф  159к59
2f н Rэ 2  3,14  100  100
Для полного устранения отрицательной обратной связи необходимо включить
C р  159мкФ .
Эта
емкость
слишком
велика.
Обычно
используют
C э  10  30мкФ. Принимаем Cэ  20мкФ.
10. Коэффициент усиления каскада по напряжению будет равен
U
4
KU  вых.м 
 36,4.
U вх.м
0,11
Расчет каскада однотактного транзисторного усилителя мощности.
Последовательность расчета приводится для транзистора, включенного по схеме с
общим эмиттером (ОЭ). На рис. 47 дана принципиальная схема каскада однотактного
усилителя мощности.
Исходные данные: 1.) мощность на выходе каскада Pвых 2) сопротивление нагрузки
Rн . 3) нижняя граничная частота f н . 4) коэффициент частотных искажений каскада на
нижних частотах M и . 5) напряжение источника: питания Eu .
Примечание, Принимая Tмин  15С и Tм  25С , влиянием температуры на режим
работы транзистора пренебрегаем.
Определить: 1) тип транзистора; 2) режим работы транзистора; 3) сопротивление в
цепи эмиттера Rэ . 4) емкость конденсатора C э . 5) сопротивления делителя R1 и R2 . 6)
коэффициент усиления каскада по мощности K р . 7) коэффициент трансформации
трансформатора K . 8) сопротивления первичной и вторичной обмоток трансформатора
rт1 и rт 2 . 9) индуктивность первичной обмотки трансформатора L1 10) площадь
поверхности охлаждающего радиатора, если он необходим, S ох .
- Eп +
Тр
R1
Rн
Т
R2
Rэ
Рис. 47
Cэ
Порядок расчета. 1. Для выбора типа транзистора необходимо определить мощность
P
P0 , которая будет выделяться на транзисторе: P0  ~ где  к - коэффициент
к
использования транзистора к  0,035  0,45 чем больше напряжение питания Eп , тем
P
больше  к ); P~ - мощность, отдаваемая транзистором: P~  вых . К. п. д. трансформатора
т
 т принимают равным 0,7  0,9.
Ориентировочно определяют падения напряжений на активном сопротивлении
первичной обмотки трансформатора rт1 и .на сопротивлении Rэ :
U  U rT 1  U Rэ  0,2  0,3Eп .
Тогда наибольшее возможное напряжение на транзисторе
E  U
U кэ.м  п
.
к
По найденным значениям P0 и U кэ.м подбирают транзистор.
Примечание. Для выбранного транзистора выписать из справочника: а) допустимый
ток коллектора I к.доп . б) допустимое напряжение на коллекторе U кэ.доп . в) наибольшую
рассеиваемую мощность на транзисторе Pдоп . г) наименьший коэффициент усиления по
току  мин . д) начальный ток коллектора I к.н е) тепловое сопротивление rтт . ж)
наибольшую допустимую температуру коллекторного перехода Tт.м .
2. На выходных статических характеристиках (для ОЭ) находят положение точки покоя
(рабочей) т. 0 (рис. 48), для этого определяют напряжение на коллекторе при U вх  0 и ток
покоя коллектора
P
U кэо  Eп  U ; I ко  U ко  о .
U кэо
Через т. О и 4 ( U кэ  U кэ.м ; I к  0 ) проводят нагрузочную прямую. Для определения
рабочего участка нагрузочной прямой задаются величиной остаточного напряжения U ост
(часто принимают U ост  1В ) и наименьшим током коллектора I к.мин  I к.н ( I к.н - начальный
ток коллектора, дается в справочнике). По величине U ост определяют I к.м (т. 2); необходимо,
чтобы I к.м  I к.доп .
I вых  I нт
I б5
Iк
1
I б
2
I б4
0
I к.м
I б2
I к0
I
En
Tоб
I б3
I к.мин.  I кн
I б1
I к.мин
U ост
U вых.м
U к30
U вых.м
U кэ.м
Рис. 48
3 I б
4 U кэ
Без существенной ошибки можно принять I к.мин  0 . Таким образом, рабочий участок
находится между т. 2 и 3. Наибольшая возможная амплитуда, напряжения выходного
сигнала U вых.м  U кэ.о  U ост .
Наибольшая амплитуда тока I к.м определяется т. 0 и 3 (или т. 0 и 2). После этого
проверяют, обеспечит ли выбранный режим заданную мощность Pвых .
U I
В соответствии с построенной нагрузочной прямой находят p ~  км км . При
2
P
правильно выбранном режиме p~  вых .
т
Если это условие, не выполняется, то увеличивают наклон нагрузочной прямой
(значение I берут большим).
Необходимо иметь в виду, что нагрузочная прямая не должна выходить из области,
ограничиваемой гиперболой допустимых мощностей:
P
I к  к.доп ( Pк.доп - берется из справочника).
U кэ
Затем рассчитывают наибольшее и наименьшее значения входного тока:
I
I
I б.м  к.м ; I б.мин  к.мин .
 мин
 мин
и фиксируют их величину на входной статической характеристике схемы ОЭ (рис.
49).
По т. 1 и 2 входной характеристики находят наибольшее и наименьшее напряжения
U бэ.мин и U бэ.м и наибольшую амплитуду напряжения входного сигнала. Далее определяют
мощность входного сигнала
U I
Pвх  б.м б.м
2
и входное сопротивление транзистора переменному току
2U б.м
Rвх 
.
2 I б.м
2I бm
U кэ  5В
U бэ
I б.мин
I б.м
Iб
U бэ.мин
2U бm
U бэ.м
Рис. 49
3. Сопротивление цепи эмиттера Rэ определяется по падению напряжения на этом
UR
сопротивлении. Приняв U Rэ  0,3  0,5U , получаем Rэ  э .
I ко
4. Емкость конденсатора, шунтирующего Rэ определяется из выражения
1
Cэ 
(при Cэ  100мкФ блокировочный конденсатор не ставят).
2f н Rэ
RR
5. Сопротивление делителя переменному току R12  1 2 должно удовлетворять
R1  R2
E R
RR
условию R12  8  12Rвх ~ , тогда R1  п 12 ; R2  1 12 .
R1  R12
I ко Rэ
6. Коэффициент усиления каскада по мощности
K р  Pвых Pвх .
7. Для расчета коэффициента трансформации трансформатора по наклону
нагрузочной прямой (см. рис. 48) определяют величину сопротивления коллекторной
нагрузки переменному току
U
Rк ~  кэ.м .
I
Тогда коэффициент трансформации трансформатора будет равен
Rн
.
K
Rк ~ т
8. Сопротивления обмоток выходного трансформатора
1  т
.
rт1  0,5Rк~ 1  т  ; rт2  0,5 Rн
т
9. Индуктивность первичной обмотки
Rн  rт2
L1 
.
2f н K 2 M н2  1
10. При необходимости определяют площадь поверхности охлаждающего радиатора
1100  1300Pо
S ох 
,
Tт.м  Tср.м  Pо rтт
где Tт.м - наибольшая допустимая температура коллекторного перехода (дается в
справочнике); Tср.м - наибольшая возможная температура окружающей среды.
Задача. Рассчитать каскад транзисторного усилителя мощности для схемы ОЭ (см,
рис. 47), если известны Pвых  1В , Ru  5Ом , f н  1кГц , M н  1,3 , Eп  10В .
Решение.
P
P 1,43
1
1. P~  вых 
 1,43Вт ; Pо  ~ 
 3,56Вт .
т
0,7
 к 0,4
Падение напряжения на rт1  Rэ принимаем равным
U  0,25Eп  0,25 10  2,5В ,
тогда
E  U 10  2,5
U кэ.м  п

 18,8В .
0,4
0,4
Полученными значениями Pо и U кэ.м соответствует транзистор ГТ430А, у которого
I к.доп  1,25А , U кэ.доп  30В , Pодоп  4Вт , мин  20 , I к.м  0,05мА , rтт  15 C Вт ,
Tт.м  85С .
2. определяем положение точки покоя (т. 0)
U кэо  Eп  U  10  2,5  7,5В ;
Pо
3,56

 0,48А .
U кэо
7,5
Принимаем U ост  1В . Воспользовавшись характеристиками, которые даны в
справочнике, нагрузочную прямую проводим через точки U кэо  7,5В , I ко  0,48А и
U кэ.м  18,8В , I к  0 .
Наибольшее значение напряжения
U к.м  U кэо  U ост  7,5  1  6,5В
•Такой амплитуде напряжения выходного сигнала будут соответствовать
напряжения:
U кэ.м  U кэо  U к.м  7,5  6,5  14В ;
U кэ.мин  U кэо  U к.м  7,5  6,5  1В .
Для этих напряжений находим
I к.м  0,75А ; I к.мин  0,2А .
Тогда удвоенная амплитуда тока выходного сигнала
2I кm  I к.м  I к.мин  0,75  0,2  0,55А .
Проверим правильность выбора режима:
2U кm I кm 2  6,5  0,55
P
P~ 

 0,89  вых  1,43Вт .
8
8
т
Следовательно, необходимо выбрать новую точку покоя и, возможно, изменить
наклон нагрузочной прямой. Так как I к.мин велик, то, перемещая точку покоя по
построенной нагрузочной прямой вправо будем увеличивать U кm , при этом возрастет и
P~ . Для нового положения точки покоя (рабочей) принимаем U кэо  10В ; I ко  0,36А .
Тогда
U к.м  U кэо  U ост  10  1  9В ;
U кэ.м  10  9  19В ; U кэ.мин  10  9  1В ;
I к.м  0,75А ; I к.мин  0 ;
2 I кm  I к.м  I к.мин  0,75А /
Проверяем новый режим:
2U кm I кm 2  9  0,75
P~ 

 1,7Вт ,что вполне достаточно.
8
8
Определяем наибольшее и наименьшее значения входного тока
I
I
0,75
0
I б.м  к.м 
 0,04А ; I б.мин  к.мин 
 0А .
 мин
20
 мин 20
По входной статической характеристике для схемы ОЭ находим
U бэ.м  0,72В ; U бэ.мин  0,6В .
Находим удвоенные амплитудные значения входного сигнала
2 I бm  I б.м  I б.мин  0,04А ;
2U бm  U бэ.м  U бэ.мин  0,72  0,6  0,12В ;
I ко 
2U бm 2I бm 0,12  0,04

 0,0006Вт  0,6м,6 ;
8
8
2U бm 0,14
Rвх 

 3,0Ом /
2 I бm 0,04
3. Приняв U Rэ  0,4U  0,4  2,5  1В найдем
Pвх 
U Rэ
1
 2,1Ом .
I ко
0,48
4. Определим емкость конденсатора
10
10
Cэ 

 0,007Ф .
2f н Rэ 6,28  1000  2,1
Так как требуемая емкость чрезмерно велика, то ее не ставят.
5. найдем значения сопротивлений делителя. Приняв R12  10Rвх ~  10  3,0  30Ом ,
получим
E R
10  30
R1  п 12 
 300Ом ;
I ко
0,75  2.1
RR
300  30
R2  1 12 
 33,5Ом .
R1  R12 300  30
Принимаем ближайшие стандартные значения: R1  300Ом , R2  35Ом .
6. Коэффициент усиления каскада по мощности
P
1
K P  вых 
 1670 .
Pвх
0,0006
7. для расчета параметров трансформатора определим величину сопротивления
коллекторной нагрузки:
U
19
Rк ~  кэ.м 
 25,4Ом ,
I
0,75
тогда
Rн
5
K

 0,53 .
Rк~ т
25,4  0,7
Rэ 

8. rт1  0,5Rк~ 1   т   0,5  25,41  0,7  3,82Ом ;
1 т
1  0,7
rт2  0,5Rн
 0,5  5
 1,07Ом .
т
0,7
Rн  rт2
5  1,07

 4,15  10 3 Гн .
9. L1 
2
2
2
2
2f н K M н  1 6,28  1000  0,53 1,3  1
Принимаем L1  0,004мГн .
10.Так как P0  2 Вт , то необходим радиатор охлаждения площадью
1200 Pо
1200  3,56

 660см 2 .
Tт.м  Tср.м  Pо rтт 85  25  3,56  15
При анализе транзисторных усилителей широкое распространение получили hпараметры. Электрическое состояние транзистора, включенного по схеме с общим
эмиттером характеризуется четырьмя величинами: I б , U бэ , I к и U кэ . Из практических
соображений удобно выбирать в качестве независимых величин U кэ и I б тогда
U бэ  f1 I б ,U кэ  и I к  f 2 I б ,U кэ  .
S ох 
В усилительных схемах входным и выходным сигналами являются приращения
входных и выходных напряжений и токов. В пределах линейной части характеристик для
приращений U бэ и I к справедливы равенства
U бэ  h11э I б  h12э U кэ ;
I к  h21э I б  h22э U кэ ,
где hiкэ - соответствующие частные производные, которые легко могут быть найдены
по семейству входных и выходных характеристик транзистора, включенного по схеме ОЭ:
U бэ
h11э 
при U кэ  const U кэ  0 ;
I б
U бэ
h12э 
при I б  const I б  0 ;
U кэ
I
h21э  к при U кэ  const U кэ  0 ;
I б
I к
h22э 
при I б  const I б  0 .
U кэ
h11э представляет собой входное сопротивление транзистора. Безразмерный параметр
h12э является коэффициентом обратной связи по напряжению. Как показывает анализ схем
на транзисторах, величина h12э  0,002  0,0002 поэтому при практических расчетах его
можно полагать равным нулю: h21э - безразмерный коэффициент передачи по току,
характеризующий усилительные свойства (по току) транзистора при постоянном
напряжении на коллекторе; h22э имеет размерность проводимости и характеризует
выходную проводимость транзистора при постоянной токе базы.
ПОНЯТИЕ ОБ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМАХ.
Применение электронных устройств для решения современных технических задач
приводит к существенному усложнению их электрических схем. Анализ развития
электронной техники показывает, что примерно в течение 10 лет сложность электронных
устройств возрастает приблизительно в 10 раз. Такой рост приводит к возникновению в
первую очередь проблемы надежности как элементов схем, так и электрических
соединений между ними. Усложнение электронной аппаратуры приводит к увеличению
вероятности отказов из-за увеличения отказов комплектующих элементов: и отказов в
цепях электрических соединений.
Существенное увеличение надежности возможно только при значительном
уменьшении числа комплектующих элементов за счет увеличения их функциональной
сложности при повышении надежности их работы. Создание новых комплектующих
изделий стало возможным на основе внедрения в электронную технику принципов
элементной интеграции, т.е. объединения в одном сложном миниатюрном элементе
многих простых элементов (резисторов, диодов, транзисторов и т.п.). Полученный в
результате такого объединения сложный микроэлемент называют интегральной
микросхемой. Таким образом, интегральные микросхемы - это микроэлектронные
изделия, состоящие из активных элементов (транзисторов, диодов), пассивных элементов,
(резисторов, конденсаторов, дросселей) и соединительных проводов, которые
изготавливаются в едином технологическом процессе, электрически соединены между
собой, заключены в общий корпус и представляют единое целое. По технологии
изготовления интегральные микросхемы делятся на полупроводниковые, в которых все
элементы формируются в полупроводниковом материале, и гибридные, которые
выполняются в виде пленок, наносимых на поверхность диэлектрического материала, и
навесных бескорпусных элементов (транзисторов, конденсаторов и т.п.), прикрепляемых к
основанию. В отличие от гибридных интегральных микросхем, которые состоят из двух
различных типов элементов: тонкопленочных резисторов, конденсаторов, соединительных
проводов и навесных транзисторов, дросселей я конденсаторов большой емкости,
полупроводниковые интегральные микросхемы состоят, как правило, из отдельных
областей кристалла, каждая из которых выполняет функцию резистора, конденсатора,
диода или транзистора. Дроссели в таких микросхемах создавать очень трудно; поэтому
большинство схем проектируется так, чтобы исключить применение индуктивных
элементов. Все эти элементы схемы получают в едином технологическом цикле в
кристалле полупроводника. Это позволяет существенно усложнять микросхему и
увеличивать число активных и пассивных элементов практически без повышения
трудоемкости изготовления. При этом можно создавать весьма сложные микросхемы с
большой (содержащей более 150 элементов) степенью интеграции при вполне
удовлетворительной себестоимости.
Полупроводниковые интегральные микросхемы могут рассеивать мощности порядка
50 —100 мВт; работать до частот 20 — 100 мГц, обеспечивать время задержки не более 2-5 нс. Надежность этих схем весьма высока: в пределах нагруженных режимов среднее
время безотказной работы может достигать (1  2)  10 6 ч. Электронные устройства,
выполненные на полупроводниковых интегральных микросхемах, могут иметь плотность
монтажа до 500 элементов (резисторов, конденсаторов, транзисторов, диодов) на
кубический сантиметр. Это позволяет увеличить плотность элементов в 20 — 50 раз
посравнению с микромодульными схемами. Среднее время безотказной работы
устройства, содержащего 10 7  10 8 элементов, может достигать 10 — 20 .тыс. ч.
Преимуществом интегральных микросхем являются также высокое быстродействие, так
как малые размеры схем обеспечивают снижение таких паразитных параметров, как
междуэлектродные емкости и индуктивности соединительных проводов; высокая
экономичность (даже большие интегральные схемы обычно потребляют не более 100-200
мВт). Такая малая величина потребляемой мощности позволяет снизить расход
электроэнергии и уменьшить массу источников питания устройств, выполненных с
применением интегральных схем. Некоторым недостатком интегральных микросхем
является небольшая величина их выходной мощности (обычно 50 — 100 мВт), что
обусловлено в основном малыми габаритами и сложностью отвода тепла от микросхем.
Общетехнические параметры интегральных микросхем — механическая прочность,
диапазон рабочих температур, устойчивость к. пониженным и повышенным давлениям и
влагоустойчивость, как правило, не хуже, чем у диодов и транзисторов. Основными
функциональными параметрами интегральных микросхем являются: коэффициент
усиления K U , входное сопротивление Rвх , выходное сопротивление Rвых , максимальная
величина выходного напряжения U вых.м , рабочий диапазон частот f н и f в , где f н —
нижняя рабочая частота; f в — верхняя рабочая частота.
Список использованной литературы
Г. Копылов И.П. Электрические машины: Учебник для ВУЗов. М.: Энергоатомиздат,
1986. 360 с.
2. Общая электротехника с основами электроники: Контрольные задания для
учащихся-заочников всех технических специальностей, кроме электротехнических и
некоторых энергетических специальностей средних специальных учебных заведений/
Ю.А. Михеев, М.И. Григоревский - М.: Высш. школа. 1989. - 176 с.: ил.
3. Электротехника: Программа, методические указания и контрольные задания для
студентов-заочников инженерно-технических (не электротехнических) спец. ВУЗов./
Волынский Б.А. - 4-е изд. - М.: Высш. школа. 982.-95с.
4. Электротехника и основы электротехники: Методические указания и контрольные
задания
для
студентов-заочников
инженерно-технических
специальностей
ВУЗов./Соколов Б.Л.. Соколов В.Б. - 3-е изд. - М.: Высш. школа, 1981. -127 с.