Расчет основных характеристик транзистора

Размещено на http://www.allbest.ru/

Задача № 1

Пользуясь справочными данными, приведите семейство входных и выходных характеристик БТ с ОЭ. В качестве независимых переменных используйте входное и выходное напряжение. Тип транзистора в соответствии с шифром КТ603B. Поясните поведение входных и выходных характеристик транзистора.

По справочнику установите максимально допустимые параметры БТ: постоянный ток коллектора IК max; напряжение коллектор-эмиттер UКЭmax ; мощность рассеиваемую коллектором транзистора PК max. На семейство выходных характеристик нанесите границы области допустимых режимов работы.

Задайтесь положением рабочей точки и, пользуясь характеристиками, рассчитайте для нее значения h-параметров БТ. На основании полученных числовых значений параметров рассчитайте параметры Т-образной эквивалентной схемы транзистора и изобразите ее.

Справочные параметры заданного транзистора.

постоянный ток коллектора IК max = 300 (мА)

напряжение коллектор-эмиттер UКЭ max = 10 (В)

мощность, рассеиваемая коллектором транзистора РК max = 0.5 (Вт)

Изображаем входные и выходные характеристики заданного транзистора, проводим на ней соответствующие построения и выбираем рабочую точку А. Для точки А рассчитываем значения h-параметров.

h11Э= (U//БЭ- U/БЭ)/ (I//Б- I/Б)= (1.03- 0.97)(B)/ (2.5-1.5)(мА)= 60 (Ом)

- входное сопротивление в режиме короткого замыкания (КЗ) на выходе;

h12Э -коэффициент обратной связи по напряжению в режиме холостого хода (ХХ) по входу. Использование приводимых в справочниках вольтамперных характеристик транзисторов не позволяет точно рассчитать значение h12Э. Расчет коэффициента обратной связи по напряжению произведем при расчете параметров Т-образной схемы замещения транзистора;

h21Э= (I//K- I/K)/ (I//Б- I/Б)= (112- 68)/ (2.5-1.5)= 44

коэффициент передачи по току в режиме КЗ на выходе;

h22Э= ?IК/?UКЭ = 17(мА)/ 8(В)= 2.125 (мСм)

выходная проводимость в режиме ХХ по входу.

Рис. 1.1 Вольтамперные характеристики транзистора

На основании полученных числовых значений параметров рассчитываем параметры Т-образной эквивалентной схемы транзистора и изображаем ее.

Рис.1.2 Т-образная схема замещения

дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода

rЭ=?t/( Iок + Iоб)=0.025/(0.092+0.002)=0.266 (Ом)

дифференциальное сопротивление коллекторного перехода в схеме ОЭ

r*к=1/ h22Э=1/0.002125=470 (Ом)

коэффициент усиления транзистора по току в схеме ОЭ-

? = h21э=44

дифференциальное сопротивление области базы-

rб= h11Э-(1+ h21Э) ·rЭ=60-(1+44) ·0.266=48 (Ом)

коэффициент обратной связи по напряжению-

h12Э= rЭ·h22Э=0.266·0.002125=0.0006

Задача № 2

Рассчитайте модуль h21э и фазу ?h21э коэффициента передачи по току БТ в схеме с ОЭ на частоте f . В качестве исходных данных используйте значения предельной частоты коэффициента передачи по току в схеме с ОБ fh21б , статический коэффициент передачи по току в схеме с ОБ ? и частоты f.

fh21б=14 МГц, ?=0.98, f=50 кГц

Определим статический коэффициент передачи по току для включения с ОЭ:

Тогда предельная частота коэффициента передачи по току для включения с ОЭ

(кГц)

модуль коэффициента передачи по току в схеме с ОЭ

транзистор напряжение вольтамперный ток

и фаза коэффициента передачи по току в схеме с ОЭ

Задача № 3

Нарисовать схему одиночного усилительного каскада на БТ с ОЭ и эмиттерной стабилизацией и выполнить расчет элементов схемы, задающих рабочую точку. Исходные данные для расчета

Тип транзистора КТ603B, UК0 =6 (В), IК0 =80 (мА)

Выполнить графоаналитический расчет усилительного каскада в режиме класса «А». При расчетах использовать выходные статические характеристики транзистора.

Рис 3.1 Схема усилительного каскада

В рассматриваемом каскаде БТ работает в режиме класса «А», и положение рабочей точки задается примерно на середине нагрузочной прямой. Поэтому напряжение источника питания определяется из условия UИП = 2·UК0= 12 (В), а напряжение на резисторе RК определяется выражением URК =UИП -UК0= UК0=6 (В). Падение напряжения на резисторе RЭ рекомендуется выбирать из диапазона значений

UЭ = (0.05..0.1)UИП.= 0.4 (В)

Затем вычисляем сопротивления резисторов

RЭ= UЭ/IЭ= URЭ/IК=0.4 В/80 мА=50 (Ом)и RК =URК/IК =6 В/80 мА=75 (Ом).

Для обеспечения хорошей стабилизации рабочей точки ток делителя в цепи базы должен быть больше тока базы IД =(5..10)IБ . Напряжение на базе БТ определяется как UБ = UБЭ + UЭ . Напряжение UБЭ для германиевых транзисторов лежит в диапазоне 0.2…0.4 В, для кремниевых 0.6…0.8 В.

С учетом связи между токами транзистора IБ = IК /ѓА=80/60=1.333 (мА)

IД =7 (мА).

сопротивления резисторов делителя находим согласно выражениям:

R2 = UБ /IД=0.7 В/7 мА=100 (Ом)

R1 =(UИП -UБ)/(IД + IБ)?(UИП ?UБ )/IД =(12-0.7) В/8.33 мА=1350 (Ом)

В результате графоаналитического расчета необходимо определить максимальную величину неискаженного сигнала: амплитуды тока и напряжения, мощности в нагрузке и КПД каскада.

Графоаналитический расчет усилителя проводится в следующем порядке.

По справочнику определяются его максимально допустимые параметры: постоянный ток коллектора IК max=300 (мА); постоянное напряжение коллектор-эмиттер UКЭmax=10 (В); постоянная рассеиваемая мощность коллектора PК max=0.5 (Вт). На семействе выходных характеристик транзистора, как показано на рис. 3.2, строится область допустимых режимов, ограниченная IК max, UКЭmax, PК max.

Выполняется построение нагрузочной прямой, которая описывается уравнением IК =(UИП ?UКЭ)/RК. Прямая проводится через две точки, лежащие на осях координат: точку с координатами

IК =0 , UКЭ = UИП=12 (В) на оси напряжений и точку с координатами

IК =UИП /RК =12/75=160(мА), UКЭ = 0 на оси токов.

Максимальные значения амплитуды полуволн неискаженного сигнала соответствуют пересечению нагрузочной прямой со статическими характеристиками в точке «С» - режим насыщения и в точке «В» - режим отсечки. Рабочая точка «О» находится на середине нагрузочной прямой.

Uкm=5.25 (В),Iкm=70(мА)

Максимальная мощность неискаженного сигнала определяется выражением:

Pкm=0.5·Uкm·Iкm=0.5·5.25·70=184 (мВт)

мощность, потребляемая от источника питания:

P0 = UК0 ?IК0=6·80=480 (мВт)

коэффициент полезного действия:

ѓЕ =Pкm/P0=184/480=0.383

Рис 3.2 Графоаналитический расчет параметров усилителя

Задача № 4

Нарисовать схему электронного ключа на БТ с ОЭ и построить его передаточную характеристику Uвых= f (Uвх) . если сопротивление нагрузки RН = 5RК.

Тип транзистора, напряжение питания, сопротивление резистора в цепи коллектора использовать в соответствии с исходными данными и решением задачи № 1. Сопротивление резистора в цепи базы принять равным входному сопротивлению БТ RБ = h11э рассчитанному для рабочей точки задачи № 3

Рис 4.1 схема электронного ключа на БТ

Передаточная характеристика Uвых= f (Uвх)электронного ключа на БТ, принципиальная схема которого представлена на рис. 4.1, выполняется в следующей последовательности.

Находим параметры эквивалентной схемы ключа, показанной на рис. 4.1:

UИПэкв=UИП·(RH/(RK+RH))=12·(5/6)=10 (B)

RKэкв=(RH· RK)/ (RK+RH)=(5/6)·75=62.5 (Ом)

На семействе выходных характеристик БТ IК=f( UКЭ) (приIБconst) проводим нагрузочную прямую (рис. 4.2), описываемую уравнением IK=(UИПэкв- UКЭ)/RKэквчерез две точки, лежащие на осях координат: точку с координатами (IК = 0 ,UКЭ = UИП экв) на оси напряжений и точку с координатами (IK=UИПэкв/RKэкв ,UКЭ = 0) на оси токов.Находим точки пересечения нагрузочной прямой с кривыми, которые определяют токи базы IБiи выходные напряжения ключа Uвых i = UКЭ i (i = 1,..,N), где N - количество таких точек.

Соответствующие входные напряжения вычисляются согласно выражению:

Uвх i = UБЭ i + IБi ?RБ. RБ=60 (Ом)

Полученные пары значений Uвых i и Uвх i позволяют построить передаточную характеристику ключа, представленную на рис. 4.3.

Рис. 4.2 Входная и выходная характеристики транзистора

Рис. 4.3 передаточная характеристика ключа

Задача № 5

Изобразить принципиальные схемы инвертирующего и неинвертирующего усилителя на основе ОУ и рассчитать для каждого усилителя коэффициент усиления KОС, входное Rвх.ОС и выходное Rвых.ОС сопротивление. Исходные данные

R=10 кОм, RОС=100 кОм, К=20000, RВХ=300 кОм, RВЫХ=0.8кОм

Изображаем схемы инвертирующего и неинвертирующего усилителей.

Рис 5.1 схемы инвертирующего и неинвертирующего усилителей

В случае идеального ОУ K > ? , тогда

В случае реального ОУ коэффициент усиления инвертирующего усилителя определяется выражением

В случае реального ОУ коэффициент усиления неинвертирующего усилителя определяется выражением

Дифференциальное входное сопротивление инвертирующего усилителя определяется сопротивлением резистора на входе

Rвх.ОС=R=10 (кОм)

Входное сопротивление неинвертирующего усилителя определяется как входное сопротивление усилителя, охваченного последовательной отрицательной ОС

Rвх.ОС= Rвх·(1+??K)=300·(1+0.091·20000)=0.55 (МОм)

Выходное сопротивление для обеих схем усилителей определяется как

Rвых.ОС = Rвых./(1+??K)= 800/(1+0.091?20000)=0.44(Ом)

Размещено на Allbest.ur