Графоаналитическим методом

Введение

Современная электронная и микроэлектронная техника базируется на полупроводниковых элементах, поэтому изучение таких полупроводниковых приборов, как диоды, стабилитроны, биполярные, полевые транзисторы и тиристоры является основой для освоения работы всех электронных устройств.

В ходе выполнения контрольной работы студенты знакомятся с расчетом параметров полупроводниковых приборов (биполярного транзистора), с физическими принципами его работы, а также с вольт-амперными характеристиками.

Методические указания содержат варианты заданий, а также пример расчета.

Задание и исходные данные на выполнение

Контрольной работы

Схема транзисторного усилительного каскада, предлагаемого для расчета, приведена на рис. 1.

Рис. 1. Схема транзисторного усилительного каскада

Исходные данные для расчета приведены в трех таблицах (по вариантам). В каждой таблице по 10 строк с данными. В табл. 1 заданы: тип транзистора (например, ГТ 308 А), структура транзистора (p-n-p или n-p-n), допустимая мощность рассеяния на коллекторе (мВт), минимальные и максимальные значения коэффициента передачи по току в схеме «ОЭ» и , предельно допустимое напряжение на коллекторе (В) и предельно допустимый ток коллектора (мА). В табл. 2 заданы: значения амплитуды выходного (усиленного) напряжения (В), сопротивления нагрузки усилителя (Ом), напряжения коллекторного питания (В). В табл. 3 заданы: значения нижней граничной частоты усиливаемого частотного диапазона (Гц) и коэффициента частотных искажений на низких частотах. Данные из справочника по транзисторам (или приложений) в расчет переносятся семейство выходных характеристик транзистора указанного типа при и одну входную характеристику транзистора. при . Все эти исходные данные и являются основой для расчета усилителя по схеме «ОЭ». Выбор варианта осуществляется согласно данным, приведенным в табл. 4.

Таблица 1

Исходные данные по типу транзистора

Номер п/п	Тип транзистора	Структура транзистора	, мВт			, В	, мА
	ГТ 308 А	p-n-p
	ГТ 308 Б	p-n-p
	ГТ 311 Е	n-p-n
	ГТ 308 Б	p-n-p
	ГТ 311 Е	n-p-n
	ГТ 320 В	p-n-p
	ГТ 320 А	p-n-p
	ГТ 308 В	p-n-p
	ГТ 308 А	p-n-p
	ГТ 311 И	n-p-n

Таблица 2

Исходные данные по параметрам

Номер п/п	, В	, (Ом)	, (В)
	3,0
	2,6
	1,6
	2,4
	2,2
	2,0
	1,8
	3,4
	3,2
	2,8

Таблица 3

Исходные данные по частотным параметрам

Номер п/п	, Гц
		1,2
		1,3
		1,2
		1,25
		1,4
		1,3
		1,3
		1,4
		1,2
		1,25

Таблица 4

Исходные данные по выбору варианта

Расчет и построение характеристик

графоаналитическим методом

Используя исходные данные варианта, проверить соответствие параметров транзистора предельным параметрам и :

, .

Определить параметры и положение рабочей точки покоя «0» транзистора (в режиме «А») на выходных характеристиках транзистора ( и ): ; , причем .

Рассчитать и построить на выходных характеристиках транзистора кривую , соответствующую предельно допустимой мощности, рассеиваемой на коллекторе , для чего задаться рядом значений напряжения . Построить на выходных характеристиках транзистора линию нагрузки по двум точкам:

а) точка покоя (рабочая точка) «0» с параметрами и ;

б) точка «I» с параметрами и .

Используя точки пересечения линии нагрузки с выходными характеристиками транзистора, построить динамическую переходную характеристику . Указать на ней положение рабочей точки «0». Построить входную характеристику транзистора при , под переходной динамической характеристикой. Указать на ней положение рабочей точки покоя «0». Используя заданное значение амплитуды выходного (усиленного) напряжения , построить под выходными характеристиками временную характеристику . Длительность полупериода синусоиды выбирается произвольно. Графически определить минимальное и максимальное коллекторные напряжения и , причем для амплитуды выходного напряжения должно выполняться условие: . В промежутке между выходными характеристиками и переходной характеристикой построить временную характеристику . Графически определить минимальное и максимальное значения коллекторного тока и , а также амплитуду коллекторного тока . В промежутке между переходной и выходной характеристиками построить временную характеристику . Графически определить минимальное и максимальное значения базового тока и , а также амплитуду тока базы по формуле . Построить временную характеристику в промежутке правее входной характеристики транзистора.

Графически определить минимальное и максимальное значения напряжения на базе и , а также амплитуду напряжения на базе по формуле . Определить коэффициент усиления каскада по напряжению: . Определить коэффициент усиления каскада по току: . Определить коэффициент усиления каскада по мощности: . По выходным характеристикам транзистора определить ток , определяемый точкой пересечения нагрузочной прямой (линией нагрузки) с осью токов (вертикалью). Определить значения сопротивлений (коллекторный резистор) и (эмиттерный резистор), для чего сначала определить суммарное сопротивление по формуле , тогда и . Находим входное сопротивление усилительного каскада переменному току . Определим значения сопротивлений и базового делителя напряжения. Обозначим . Выбираем . Значение сопротивления верхнего резистора базового делителя напряжения находим по формуле . Значение сопротивления нижнего резистора базового делителя напряжения находим по формуле . Определяем температурный коэффициент нестабильности работы каскада по формуле

,

где наибольшее значение коэффициента усиления (передачи) по току для выбранного типа транзистора. Определяем емкость разделительных конденсаторов по формуле

,

где входное сопротивление усилительного каскада;

нижняя частота усиливаемого диапазона частот;

коэффициент частотных искажений на низких частотах.

Находим емкости конденсатора , шунтирующего резистор , по формуле . Находим коэффициент полезного действия усилительного каскада в режиме «А» по формуле

,

где – выходная полезная мощность в нагрузке;

– мощность, потребляемая усилительным каскадом от источника питания.