Расчет усилителя на биполярном транзисторе в схеме включения с фиксированным потенциалом базы

Размещено на http://www.allbest.ru

«Расчет усилителя на биполярном транзисторе в схеме включения с фиксированным потенциалом базы»



Содержание

1. Определение координат точки покоя 0 [UОКЭ; IОК], напряжения питания ЕК. Построение статической и динамической линий нагрузки. Выбор транзистора

2. Определение координат точки покоя 0 [Uобэ; Iоб] на входных ВАХ, расчет элементов, обеспечивающих режим покоя

3. Графоаналитический расчет параметров усилителя

4. Определение hэ-параметров и физических параметров транзистора

5. Определение параметров усилителя через hэ-параметры

Список литературы

усилитель транзистор нагрузка



1. Определение координат точки покоя 0 [UОКЭ; IОК], напряжения питания ЕК. Построение статической и динамической линий нагрузки. Выбор транзистора.

Исходные данные: Таб.2.6 Вариант №5

Uкm=Uнm =8,6 В, Rн =3760 Ом, Rк =3760 Ом, RГ = 520 Ом,

Рассчитываем токи. Амплитуда тока нагрузки

(3.1)

Амплитуда тока резистора Rк

(3.2)



(3.3)

Амплитуда тока коллектора

Проверка для исключения ошибки: определяем эквивалентное сопротивление в цепи коллектора для переменной составляющей Iк и амплитуду тока коллектора Iкm.

Сопротивление на переменном токе

(3.4)

Амплитуда тока коллектора

(3.5)

Ток покоя выбирают из условия Iок>Iкm или

(3.6)

где I=13 мA -минимальный ток коллектора - см. рис. 1.1.

Выбираем Iок=6мA.

Напряжение покоя для исключения режима насыщения определяем из условия Uокэ>Uкm или

(3.7)

Uокэ=Uкm+U=8,6+(23)=10,611,6 В,

где U=23 В - минимальное напряжение Uкэ.

Выбираем Uокэ=11 В.

(3.8)

Определяем напряжение питания:

Статическая линия нагрузки (СЛН) проходит через точки с координатами

[Uкэ=Ек=33,56В; Iк=0],

[Uокэ=11В ; Iок=6 мА],

[Uкэ=0; Iк=Ек/Rк =33,56/3760=8,9 мА].

Максимальное напряжение на коллекторе в динамическом режиме

(3.9)

Динамическая линия нагрузки (ДЛН) проходит через точки с координатами:

[Uкэ=UA=22,28В; Iк=0],

[Uокэ=11В ; Iок=6 мА],

[Uкэ=0; Iк=UA/Rкн=22,28/3760=11,85 мА].

Строим СЛН и ДЛН - рис. 1.2. На ДЛН выделяем рабочий участок 1-2.

После построения линий нагрузки определяем предельные параметры транзистора:

(3.10)

Iк макс >Iок +Iкm=10,6 мА

Uкэмакс>Ек=33,56 В

(3.12)

Ркмакс>IокUокэ=66 мВт

Для выбора транзистора воспользуемся справочником, в котором приведены входные и выходные ВАХ [3].

при выборе p-n-p транзистора изменяется только полярность напряжения Ек.

Размещено на http://www.allbest.ru

Выбираем транзисторКТ501Ж (p-n-p)[3]:

Построим входные и выходные ВАХ данного транзистора и нанесем на выходные характеристики линии нагрузки.

Рис. 1.3 Входные (а) и выходные (б) ВАХ транзистора

2. Определение координат точки покоя 0 [Uобэ; Iоб] навходных ВАХ, расчет элементов, обеспечивающих режим покоя

Для расчета элементов, обеспечивающих режим покоя, определяем координаты точки покоя 0 на входной ВАХ [IОБ; UОБЭ]. Ток IОБ определяем по пересечению ДЛН с соответствующей кривой семейства выходных характеристик (рис. 1.3). Если т. 0 не попадает на одну из кривых семейства выходных характеристик, то ток базы определяем приближенно по ближайшим кривым семейства. Аналогично определяем минимальный и максимальный токи базы IБМИН и IБМАКС, соответствующие токам Iок-Iкm (т. 1) и Iок+Iкm (т.2), отмечаем положения токов на входной характеристике и находим соответствующие значения напряжений UОБЭ, UБЭМИН и UБЭМАКС.



Рассчитаем элементы в схеме с фиксированным потенциалом базы (см.рис 1.1).

(1.2.1)

Выбираем IДЕЛ = 1мА

Сопротивления резисторов находим из уравнений входной цепи:

(1.2.2)

(1.2.3)

(1.2.4)

(1.2.5)

(1.2.6)

Определим рассеиваемую мощность резисторов:

(1.2.7)

После определения рассеиваемой резисторами мощности необходимо выбрать по справочникам [1, 2] их типономиналы. Выбираем R1-30кОм, 0,125 Вт ;

R2- 740 Ом, 0,125Вт.

3. Графоаналитический расчет параметров усилителя

При синусоидальных выходных сигналах из-за неэквидистантности выходных ВАХ (Iкconst при IБ=const) и нелинейности входной ВАХ, входные напряжения и токи несинусоидальны - амплитуды положительной и отрицательной полуволн UБm не равны. В практических схемах наоборот, синусоидальный входной ток или напряжение сопровождаются нелинейными искажениями остальных сигналов.

Расчет проводится по усредненным амплитудам.

(1.3.1)

(1.3.2)

Расчет параметров усилителя:

входное сопротивление транзистора

(1.3.3)

(1.3.4)

входное сопротивление усилителя

где Rб= Rб1Rб2 - эквивалентное сопротивление делителя,

(1.3.5)

(1.3.5)

коэффициент усиления по напряжению

(1.3.5)

(1.3.5)

входной ток усилителя

(1.3.5)

необходимое напряжение генератора

сквозной коэффициент усиления по напряжению

(1.3.6)

коэффициент усиления транзистора по току

(1.3.7)

(1.3.7)

коэффициент усиления усилителя по току



(1.3.8)

коэффициент усиления транзистора по мощности

(1.3.9)

коэффициент усиления усилителя по мощности

мощность сигнала на выходе транзистора

(1.3.10)

мощность сигнала на нагрузке

(1.3.11)

(1.3.12)

потребляемая мощность

коэффициент полезного действия

(1.3.13)

4. Определение hэ-параметров и физических параметров транзистора

Различные системы дифференциальных параметров биполярных транзисторов и методики их определения по статическим ВАХ достаточно полно изложены в литературе[4-8]. Однако их применение возможно лишь при наличии семейства входных ВАХ, в то время как в справочниках приводится лишь одна кривая семейства IБ=f(UБЭ) при UКЭ=5В (реже 10В). Приводимая кривая для Uкэ=0 не может быть использована, поскольку соответствует режиму насыщения транзистора. Предлагается следующая методика: c помощью справочных ВАХ определяются параметры h11э, h21э и h22э, а параметр h12эрассчитывается через физические параметры.

Из рисунка 1.3 по справочным ВАХ определяем h-параметры:

После определения h - параметров рассчитаем физические параметры и приведем Т-образные схемы замещения транзистора в схемах ОЭ и ОБ (рис.1.5, 1.6) с указанием на них численных значений параметров:

дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода

(1.4.4)

коэффициент усиления транзистора по току в схеме ОЭ

(1.4.5)

дифференциальное сопротивление области базы

(1.4.6)

дифференциальное сопротивление коллекторного перехода в схеме ОЭ

(1.4.7)

коэффициент обратной связи по напряжению в схеме ОЭ

(1.4.8)

коэффициент передачи тока эмиттера

(1.4.9)



входное сопротивление в схеме ОБ

(1.4.10)

дифференциальное сопротивление коллекторного перехода в схеме ОБ

(1.4.11)

коэффициент обратной связи по напряжению в схеме ОБ

(1.4.12)

коэффициент передачи тока в схеме ОБ

(1.4.13)

выходная проводимость в схеме ОБ

(1.4.14)



5. Определение параметров усилителя через hэ-параметры

Параметры усилителя, определенные через hэ-параметры:

входное сопротивление транзистора:

Rвхт h11э

(1.5.1)

коэффициент усиления по напряжению:

(1.5.2)

(1.5.3)

коэффициент усиления транзистора по току:

(1.5.4)

Kiт? h21э.

(1.5.5)

Отличия параметров с определенными графоаналитическим методом как правило не хуже 20-30%. Такое различие вполне допустимо, так как h-параметры - это параметры малого сигнала, а графоаналитический метод оперирует с большими сигналами.



Список литературы

Резисторы: Справочник/В. В. Дубровский и др.; Под ред. И. И. Четвертакова и В. М. Терехова. - М.: Радио и связь, 1991. - 528 с.

Резисторы, конденсаторы, трансформаторы, дроссели, коммутационные устройства РЭА: Справочник/Н. Н. Акимов и др. - Мн.: Беларусь, 1994. - 591с.

Транзисторы для аппаратуры широкого применения. Справочник/К. М. Брежнев и др. Под ред. Б. Л. Перельмана.- М.: Радио и связь, 1981.- 656с.

Методические указания к лабораторным занятиям по теме "Транзисторы." Часть 2. курса "Полупроводниковые приборы" для студентов специальности 20.05.- Гомель. ГПИ. 1989. (N1233).

Степаненко И. П. Основы теории транзисторов и транзисторных схем. - 4-е изд. М.: Энергия, 1977.

Тугов Н. М. и др. Полупроводниковые приборы: Учебник для вузов/ Н.М.Тугов, Б. А. Глебов, Н. А. Чарыков; Под ред. В. А. Лабунцова. М.: Энергоатомиздат, 1990.

Пасынков В. В., Чирикин Л. К. Полупроводниковые приборы. М: Высш. шк., 1987

Гусев В.Г., Гусев. Г. М. Электроника. Издание второе. М: Высш. шк., 1991.

Размещено на Allbest.ru