Исследование основных параметров биполярного транзистора, определяющих работу линейного усилителя низкой частоты на основе математических моделей и экспериментальных измерений

Размещено на http://www.allbest.ru/

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет (ЛЭТИ)"

Курсовая работа

по дисциплине "Твердотельная электроника"

Исследование основных параметров биполярного транзистора, определяющих работу линейного усилителя низкой частоты на основе математических моделей и экспериментальных измерений

Санкт Петербург 2005

Объект работы - биполярный транзистор П306А с p-n-p переходом и линейный усилитель низкой частоты на его основе. Транзистор П-306 А: полупроводниковый элемент с тремя электродами, который служит для усиления или переключения сигнала, состоящий из двух противоположно включенных диодов, которые обладают одним общим n-слоем.

Электрод, связанный с ним, называется базой В. Два других электрода называются эмиттером Е и коллектором С. Диодная эквивалентная схема, приведенная рядом с условным обозначением, поясняет структуру включения переходов транзистора. Обычно переход эмиттер-база смещен в прямом направлении, а переход база-коллектор в обратном. Поэтому источники напряжения должны быть включены следующим образом:

Основная особенность транзистора состоит в том, что коллекторный ток Ic является кратным базовому току Iв. Их отношение B = Ic/ Iв называют коэффициентом усиления по току.

транзистор биполярный усилитель линейный

Выданные исходные значения параметров усилителя:

Принципиальная схема усилителя:

RE - резистор, реализующий обратную связь с током;

RC - резистор, используемый для получения выходного напряжения;

RE, RC -сопротивления, определяющие усиление (A=RC/RE);

Се, Са, СЕ - разделительные емкости, служащие для ограничения влияния обратной связи на переменном сигнале.

Принцип работы:

Прикладывая входное напряжение Uе0,6В, получим коллекторный ток порядка миллиампер.

Полная схема

Упрощенное изображение

Коэффициент усиления по напряжению:

A = Ua/Ue = -S(Rc r_CE)

Входное сопротивление r_E = r_BE ;

Выходное сопротивление r_a = Rc r_CE .

Если входное напряжение повысить на небольшую величину Uе, то коллекторный ток увеличится. Поскольку выходные характеристики проходят почти горизонтально, можно сделать допущение о том, что ток Ic зависит только от U_ВЕ , но не зависит от U_CЕ . Тогда увеличение Ic составит

Так как коллекторный ток источника напряжения протекает через сопротивление Rc, то падение напряжения на Rc тоже повышается и выходное напряжение Ua возрастает на величину

Таким образом, схема обеспечивает коэффициент усиления по напряжению-

Расчет положения рабочей точки:

1). Определение сопротивлений, обеспечивающих положение рабочей точки:

Для исследуемых транзисторов типичное значение , тогда:

Ток делителяIR1R2 вычисляется из условия: , где

Значения искомых сопротивлений являются решениями системы уравнений:

т.о. R1=5280 (Om) , R2=720 (Om) .

2). Выбор сопротивлений по таблице номиналов:

R1=5100 (Om)

R2=750 (Om)

(допустимые отклонения значений сопротивлений от номинальных соответствуют 1ому классу точности).

2). Проверочный расчет рабочей точки по статическим характеристикам транзистора:

Выходные статические характеристики:

т.о.: значение рабочей точки: Uраб=405 (мВ)

Iраб=0,059 (мА)

3).Расчет значений входного-r_e и выходного-r_a сопротивлений усилителя и разделительных емкостей Сe, C_E , Ca:

Расчет входного сопротивления по переменному току-:

re=125,18 (Om)

Расчет выходного сопротивления по переменному току-:

,

где дифференциальное выходное сопротивление-

при:

rce=50(kOm ) ,

ra=980,392(Om)

Расчет разделительных емкостей:

частота среза фильтров:

Экспериментальная проверка работы усилителя:

нелинейность амплитудной характеристики объясняется нелинейностью передаточной характеристики: малого изменения входного напряжения оказывается достаточно для того, чтобы вызвать относительно большое изменение коллекторного тока. Передаточная характеристика представляет собой зависимость Ic от U_ВЕ ; при этом U_CЕ варьируется как параметр. Известно, что передаточная характеристика транзистора, как и диода, имеет вид экспоненциальной функции.

Передаточная и выходная характеристики транзистора

В отличии от хактеристики усилителя без обратной связи, характеристика усилителя с обратной связью практически линейна. Причины различия заключается в том, что в случае без обратной связи амплитуда входного сигнала не достаточно велика, поэтому из-за нелинейности передаточной характеристики возникают искажения. Мерой искажений служит коэффициент нелинейных искажений

Он определяет отношение усредненной амплитуды высших гармоник к амплитуде первой гармоники на выходе, если на входе в окрестности рабочей точки приложено синусоидальное управляющее напряжение.

При использовании обратной связи по току уменьшаются нелинейные искажения, но, как отрицательный фактор этого явления, уменьшается коэффициент усиления, т. к. часть выходного сигнала подается обратно на вход для противодействия входному сигналу (нежелательный эффект).

Отсутствие обратной связи достигается пользованием разделительной емкости.

Размещено на Allbest.ru