2.1. Iк max –
постоянный ток коллектора, мА
|
0,3
|
2.2. Iк и max –
импульсный ток коллектора, мА при tи £100 мкс и Q³10
|
0,5
|
2.3. Uк бmax –
постоянное напряжение коллектор-база, В
|
0,1
|
2.4. Uкэ max
– постоянное напряжение
коллектор-эмиттер (при Rб£2 кОм), В
|
45
|
2.5. Uэб max –
постоянное напряжение эмиттер-база, В
|
45
|
2.6. Pк max
– постоянная рассеиваемая мощность, мВт
|
200
|
2.7.Т
п мах - Температура перехода, 0С
|
150
|
2.8.
Допустимая температура окружающей среды, 0С
|
-60…+125
|
3. Схема цепи питания и стабилизации режима
работы транзистора
Рис. 1
Назначение элементов схемы:
Rэ - задаёт обратную связь;
Rн – сопротивление нагрузки ;
Сс -
разделительный конденсатор, задерживает постоянную составляющую входного
сигнала (это может привести к искажению начального тока смещения);
В нашей схеме используется отрицательная обратная связь по
постоянному току. Величина резистора Rэ, задающего обратную связь, определяется из
условия Rэ=[(0,1¸0,3)Еп]/Iэ. Затем выбираем ток
делителя Iд протекающий через R2, из условия
Iд =[(3¸10)Iб и определим величины резисторов
R1, R2, по следующим
соотношениям:
Выходные характеристики
используемого транзистора:
∆IБ=0,01 мА
Рис. 2
Уравнение нагрузочной прямой при выборе схемы с включения
биполярного транзистора
Нагрузочную прямую строим по двум точкам:
1.
при Iк=0 и Uкэ=Eп = 30 В
Выбираем из ряда номинальных значений =430 Ом
2.
при Uкэ=0 и
Рабочая точка (т.О) выбирается посередине
участка нагрузочной прямой в точке пересечения ее с выходной характеристикой
(рис.2, прямая АВ).
Входные характеристики используемого
транзистора:
Рис. 3
Параметры режима покоя: Uкэ0 = 16 В, Iк0= 5,5 мА, Iб0=0,03 мА, Uбэ0= 0,63 В.
Стабилизация тока осуществляется за счет последовательной
отрицательной обратной связи, которая вводится с помощью резистора Rэ. Нежелательная обратная
связь по переменному току может быть устранена путем шунтирования резистора Rэ конденсатором большой
емкости.
Определим величины резисторов R1 и R2:
Разделительный конденсатор Сс принимаем емкостью 100
мкФ.
Исходя из имеющихся стандартных номиналов резисторов, величину Rк =2,2 кОм, R1=82 кОм, R2=10 кОм.
1.) Входное сопротивление, измеряемое при коротком замыкании
на выходе транзистора, Используя выходные характеристики транзистора (Рис. 4)
Рис. 4
2.) Коэффициент
передачи по току, измеряемый при коротком замыкании на выходе транзистора,
используем входные характеристики транзистора (Рис.5)
Рис. 5
3.) Выходная проводимость, измеряемая при холостом ходе на
входе транзистора, используем входные характеристики транзистора (Рис. 6)
Рис. 6
4.) Коэффициент обратной связи, измеряемый при холостом ходе
на входе транзистора:
Для всех типов биполярных транзисторов и рабочих точек
принято
(DIб , DIк ,DUбэ , DUкэ – приращения, взятые симметрично относительно
рабочей точки О).
Физическая
малосигнальная высокочастотная эквивалентная схема биполярного транзистора
(схема Джиколетто) представлена на рис. 3.
Рис. 7
1.
Барьерная
ёмкость коллекторного перехода;
2.
Выходное
сопротивление транзистора;
3.
Сопротивление
коллекторного перехода;
4.
Сопротивление
эмиттерного перехода для эмиттерного тока;
5.
Сопротивление
эмиттерного перехода для базового тока;
6.
Распределение
сопротивления базы;
Берем = 100 Ом
7.
Диффузионная
ёмкость эмиттерного перехода;
7 нФ
8.
Собственная
постоянная времени транзистора;
9.
Крутизна
транзистора;
мА/В
7. Определение граничной и предельных
частот биполярного транзистора
1. Граничная частота
усиления транзистора в схеме с ОЭ:
2. Предельная частота в схеме с ОЭ:
3. Предельная частота транзистора по крутизне:
4. Максимальная частота
генерации:
8. Определение сопротивления нагрузки
транзистора по переменному
току
Сопротивление нагрузки
по переменному току для биполярного транзистора рассчитывается по формуле:
Для построения нагрузочной прямой по
переменному току воспользуемся двумя точками:
1.);
2.) - точка покоя (т.О)
Нагрузочная прямая по переменному току приведена на рисунке
8 (прямая CD).
∆IБ=0,01 мА
Рис.8
9. Построение сквозной характеристики
Для построения сквозной характеристики воспользуемся
нагрузочной прямой по переменному току и выходными характеристиками
приведенными на рисунке 8. По точкам пересечения нагрузочной прямой по
переменному току с выходными характеристиками строим сквозную характеристику Iк(Uбэ). Точки для построения
проходной характеристики (зависимости Iк от Uбэ) представлены в таблице 1, а график зависимости
на рисунке 9.
Таблица 1
Iк, мА
|
0,2
|
3,6
|
5,5
|
6,6
|
8,5
|
10,2
|
11,8
|
13,3
|
Uбэ, В
|
0,5
|
0,59
|
0,61
|
0,63
|
0,64
|
0,65
|
0,66
|
0,67
|
0,68
|
Iб, мА
|
0
|
0,01
|
0,02
|
0,03
|
0,04
|
0,05
|
0,06
|
0,07
|
0,08
|
Динамические параметры усилительного каскада определяются для
двух величин амплитуды входного сигнала Uвх: Uвхн и Uвхн/2.
B: Iб=0,01 Uбэ=0,59 Iк=1,5
D: Iб=0.0125 Uбэ=0,612 Iк=3,8
A: Iб=0,03 Uбэ=0,632 Iк=6,9
E: Iб=0,06 Uбэ=0,654 Iк=9,9
C:
Iб=0,08 Uбэ=0,675 Iк=13,2
1) Коэффициент усиления по напряжению, Кu (отношение
установившегося значения напряжения сигнала на выходе усилителя к напряжению
сигнала на его входе) определим по формуле
,
где значение берем на выходной
характеристике вблизи рабочей точки;
1.1)
для Uвхн:
,
где значение с учетом обеих полуволн входного сигнала берем
равным 2Uвхн; Ku<0,
так как фаза равна π.
1.2.) для Uвхн/2:
,
где значение с учетом обеих полуволн входного сигнала берем
равным Uвхн; Ku<0,
так как фаза равна π.
2.) Коэффициент усиления по току Кi
(отношение установившегося значения тока сигнала в нагрузку к току сигнала на
входе) определим по формуле
,
где значение , берем
на выходных характеристиках вблизи рабочей точки (точки E и F на графике);
2.1) для Uвхн:
;
где значение с учетом обеих полуволн входного сигнала берем
равным 2Uвхн;
2.2.) для Uвхн/2:
;
где значение с учетом обеих полуволн входного сигнала берем
равным Uвхн;
3.) Коэффициент усиления по мощности определим по формуле
3.1) для Uвхн:
3.2) для Uвхн/2:
Kp<0,
так как фаза равна π.
4.) Коэффициент нелинейных искажений (коэффициент гармоник).
Нелинейные искажения - это
изменения формы колебания, обусловленные кривизной характеристик транзисторов,
диодов, магнитопроводов, полупроводниковых конденсаторов, микросхем и др.
элементов. Параметры нелинейных элементов зависят от воздействующего на них
тока или напряжения. Отличительным признаком нелинейных искажений является то,
что им подвержено даже гармоническое колебание. На этом основана их простейшая
количественная оценка с помощью коэффициента гармоник. Если на вход усилителя
подать чисто гармоническое напряжение, то на выходе получим не только его
первую гармонику, но и высшие.
Коэффициентом гармоник называется отношение эффективного
(действующего), значения суммы высших гармоник выходного напряжения к
эффективному значению первой его гармоники, вычисляется по формуле.
где -
действующие напряжения отдельных гармоник выходного напряжения.
Этот коэффициент можно определить по сквозной
характеристике (метод Клина), который позволяет учесть влияние второй и третьей
гармоники выходного сигнала по формуле:
,
где -
коэффициенты второй и третьей гармоники, определяются графически.
Для этого на сквозной характеристике, рис. 5, отмечают пять
точек, соответствующих: точке покоя, наибольшей амплитуде входного сигнала,
половине наибольшей амплитуды сигнала (с учетом обеих полуволн). Значения
переменных а, в и с определяются графически по рис 5.
a = 13 – 7=6
b=7 – 1,5=5,5
с = 9,9 – 3,8=6,1
В ходе выполнения курсовой работы были изучены характеристики
и параметры биполярного транзистора, схема включения транзистора в качестве активного
элемента усилителя, схема замещения транзистора и ее параметры. Рассчитаны
динамические параметры каскада для двух значений амплитуды входного сигнала.
Выяснено, что коэффициенты гармоник и степень нелинейных искажений существенно
зависят от амплитуды входного сигнала (при уменьшении амплитуды искажения
уменьшаются).
1.
Елфимов
В.И., Устыленко Н.С. Электронные твердотельные приборы и микроэлектроника.
Методические указания к выполнению курсовой работы. Екатеринбург: УрКСИ, 1998.
2.
Транзисторы
для аппаратуры широкого применения. Справочник. / Под ред. Б. Л. Перельмана.
М.: Радио и связь, 1982.
3.
Цыкина
А.В. Электронные усилители. Учеб. пособие для техникумов связи, 2-е изд., доп.
и перераб. М.: Радио и связь, 1982.