Характеристики транзистора

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство сельского хозяйства

Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева

Электротехника, электрооборудование и автоматика

ИНЖЕНЕРНЫЙ ФАКУЛЬТЕТ

РЕФЕРАТ

по дисциплине: Электротехника и электроника

Выполнила:

Агеева Е.В.

Проверил:

Егоров А.Г.

Рязань, 2013 год

Содержание

Введение

1. Выбор транзистора и построение ВАХ

2. Выбор РТ транзистора

3. Расчет Н-параметров

4. Расчет схемы усилителя

5. Моделирование схемы в системе Electronics WorkBench

Заключение

Список используемой литературы

Введение

Целью данной работы является ознакомление с методами разработки электронных устройств и приобретение навыков расчетов статических и динамических режимов работы электронных устройств. В качестве объекта проектирования предлагается однокаскадная схема низкочастотного усилителя на биполярном транзисторе. Усилитель осуществляет увеличение энергии управляющего сигнала за счёт энергии вспомогательного источника. Хотя в любом усилителе происходит усиление мощности сигнала, на практике выделяют три группы усилителей: напряжения, тока и мощности. В соответствии с этим делением различают коэффициенты усиления по напряжению Кu, по току Кi и по мощности Кр. Усилительный каскад является элементом некоторой радиотехнической схемы - к входу усилителя подключается источник сигнала, а к выходу - нагрузка. Усилительные каскады характеризуются входным Rвх и выходным Rвых сопротивлением. Базовые усилительные каскады с ОБ (а), ОЭ (б) и ОК (в), представлены на рисунке ниже.

Конденсаторы с и сb служат для разделения по постоянному току усилителя и источника сигнала. Сопротивления R1 и R2 требуются для создания необходимых постоянных напряжений между электродами транзистора. При этом абсолютные значения напряжений на том или ином выводе, как правило, не играют существенной роли, важны лишь относительные значения. Только после создания требуемых постоянных напряжений между отдельными электродами транзистора или, как говорят, режима схемы по постоянному току, возможна нормальная работа усилительного каскада.

1. Выбор транзистора и построение ВАХ

По исходным данным выбираем из справочника транзистор 2N3906. Для выбора режима работы транзистора необходимо знать семейство его выходных характеристик, т. е., зависимость тока коллектора Iк от напряжения эмиттер-коллектор Uэк, для различных фиксированных значений тока базы Iб. Для этого нам нужна схема исследования ВАХ транзистора.

Выходные характеристики получим для четырех значений тока базы Iб = 10 мА, Iб = 20 мА, Iб = 30 мА, Iб = 40 мА, при этом изменяя Uэк.

По полученным значениям построим графики.

Входные характеристики получим для двух значений Uкэ = 0В, Uкэ = 5В, при этом изменяя Uбэ.

2. Выбор РТ транзистора

Выбор рабочей точки (р. т.) транзистора в режиме покоя, когда входной сигнал отсутствует, сводится к выбору следующих параметров: IБ р. т., UБЭ р. т., IK р. т., UКЭ р. т. для схемы с ОЭ.

На выходных ВАХ выбранного транзистора, для рассчитываемой схемы УНЧ, строим нагрузочную прямую. По оси абсцисс откладываем напряжение питания:

Eк = Uкэ + Uк + Uэ = 5 + 5 + 2.5 = 12.5В

По оси ординат откладываем величину:

Величина = Ек / Rк = 12.5 / 2 = 6.25

Выбираем рабочую точку, лежащую на пересечении середины нагрузочной прямой и ближайшей выходной ВАХ. Это характеристика, соответствующая току базы Iб = 20 мА.

3. Расчет Н-параметров

Физический смысл h-параметров транзистора состоит в следующем:

h 11э - входное сопротивление в режиме короткого замыкания на выходе;

h 12э - коэффициент передачи тока в режиме холостого хода на входе;

h 21э - коэффициент передачи тока в режиме короткого замыкания на выходе;

h 22э - выходная проводимость транзистора в режиме холостого хода на входе.

В режиме усиления малых сигналов транзистор, включенный по схеме с ОЭ, представляют в виде линейного четырехполюсника.

Для определения h11Э проведем через рабочую точку касательную к входной характеристике до пересечения с осью абсцисс. Получим значения ДUБЭ = 0.03В, ДIБ = 3.5мкА. И по формуле вычислим h:

11Э = ДUБЭ / ДIБ = 0.03В / 3.5мкА = 0.00857 * 106 = 8.57 * 103U кэ = const

Для определения h12Э выбираем входные характеристики, снятые при двух значениях Uкэ = 0В, Uкэ = 5В.Точки пересечения этих характеристик с горизонтальной прямой проходящей через рабочую точку проецируют на ось UБЭ, определяем ДUБЭ = 0.08В и рассчитываем h:

12Э = ДUБЭ / ДUкэ = 0.08В / 5В = 0.016 = 16 * 10^-3IБ = const

Для определения h 21Э семейство выходных характеристик вблизи Р. Т. пересекаем линией Uкэ = 5В, что соответствует короткому замыканию на входе транзистора. Определяем графически ДIК = 4 мА, ДIБ = 20 мкА, разница соседних Iб. Затем по формуле рассчитываем h:

21Э = ДIК / ДIБ = 4 мА / 20мкА = 0.2 * 103 = 200Uкэ = const

Для определения 22Э выбираем из семейства выходную характеристику, с рабочей точкой. Находим приращение тока коллектора ДIК = 0.2 мА, вызываемое приращением напряжения ДUкэ = 6 на нем при постоянном токе баз. Затем определяем h:

22Э = ДIК / ДUкэ = 0.2 / 6 = 0.03 * 10-3 = 3 * 10-5IБ = const

Сведем все параметры в таблицу:

Расчет схемы усилителя, определяют падение напряжения в состоянии покоя по формуле:

Uк = IкRк = 4 мА * 3.1КОм = 12.4В

Рассчитываем ток базы транзистора в состоянии покоя по формуле:

Iб = Iк / h21э = 4 мА / 200 = 0.02 * 10-3А = 2 * 10^-5А

Ток IД делителя R1, R2 выбираем в 5 раз больше тока базы, т. е.:

IД = 5IБ = 2 * 10^-5А * 5 = 10 * 10 - 5 = 10 - 6А

Определяем U2 - падение напряжения на резисторе R2, по формуле:

U2 = UЭ + UБЭ = 2.5 + 0.782 = 3.3В

Определяем U1 - падение напряжения на резисторе R1, как:

U1 = EK - U2 = 12.5 - 3.3 = 9.2В

Рассчитываем R2 по закону Ома:

R2 = U2 / I2 = 3.3 / 10-6 = 33 кОм

Рассчитываем R1, учитывая, что через него протекают токи IД и IБ:

R1 = U1 / (Iб + Iд) = 9.2 / (10 * 10 - 5 + 2 * 10 - 5) = 76.6 кОм

Находим входное сопротивление RВХ усилителя, как эквивалентное сопротивление трех включенных параллельно резисторов R1, R2, h11Э:

Rвх = R1 * R2 * h11э / (R1 * R2 + R2 * h11э + R1 * h11э) = 6.28кОм

Сопротивление нагрузки RН усилителя принимаем равным значению RВХ: 6.28 кОм. Рассчитываем сопротивление резистора RЭ по закону Ома:

RЭ = UЭ / (IК + IБ) = 2.5 / (4 * 10 - 3 + 2 * 10 - 5) = 621 Ом

Определяем емкость шунтирующего конденсатора:

Сэ = 1 / (2рfН rЭ) = 1 / (2 * 3.14 * 30 * 133 * 105) = 0.7 * 10-9Ф

rЭ = 2h21Э / h22Э

Определяем емкость разделительного конденсатора на входе схемы по формуле:

СБ = 1 / (fНRВХ) = 1 / (30 * 6280) = 0.6 * 10 - 6 Ф

Емкость разделительного конденсатора на выходе схемы рассчитываем по аналогичной формуле, но вместо RВХ берут RН:

СК = 1 / (fНRН) = 0.6 * 10 - 6 Ф

Определяем коэффициент усиления по напряжению в области средних частот:

К0 = h21Э * RКН * h22Э = 200 * 1.002 * 103 * 3 * 10^-5 = 6

RКН = RК * RН * RВЫХ / (RК * RН + RН * RВЫХ + RК * RВЫХ) = 1.002 кОм

Где:

RКН - сопротивление, эквивалентное трем параллельно включенным резисторам RК, RН и RВЫХ = h22Э.

Рассеиваемая на коллекторе мощность:

UКЭIК = 5 * 4 * 10 - 3 = 0.02 Вт

Выходит, что РК < РКmax. А далее: 0.02Вт < 0.15Вт.

Рассчитывают мощность, рассеиваемую отдельно на всех резисторах:

РК = IК2 * RK = 0.048 Вт

РЭ = (IК + IБ) * UЭ = 0.021 Вт

Мощность Si-го транзистора 2N3906 обеспечивает оптимальную работу в заданном температурном режиме, поэтому расчет по температуре можно не производить.

5. Моделирование схемы в системе Electronics WorkBench

Следовательно:

Заключение

Из полученных осциллограмм можно сделать вывод, что усилительный каскад является работоспособным, рабочая точка выбрана правильно и Н-параметры рассчитаны верно. низкочастотный биполярный транзистор

Список используемой литературы

1. Миловзоров О.В., Панков И.Г. Электроника. - М.: «Высшая школа», 2005, 288 с.

2. Карлащук В.И. Электронная лаборатория на IBM PC. Программа Electronics Workbench и ее применение. - М.: «Солон-Р», 2000, 506 с.

3. Гришин И.И., Егоров А.Г., Фатьянов С.О. Методические указания.

Размещено на Allbest.ru