Определение малосигнальных параметров транзистора в рабочей точке
Содержание
Цель работы стр. 3
Задание на курсовую работу стр. 4
Построение нагрузочной прямой по постоянному току стр. 6
Определение малосигнальных параметров транзистора в рабочей точке cтр. 9
Рассчет параметров элементов эквивалентной схемы замещения стр. 10
Граничные и предельные частоты биполярного транзистора стр. 12
Определение сопротивления транзистора по переменному току стр. 13
8. Построение сквозной характеристики Iк(Uбэ) стр. 14
Определение динамических параметров усилительного каскада стр. 15
Определение коэффициента нелинейных искажений стр. 16
Заключение стр. 17
Список литературы стр. 18
Приложение стр.19
1. Цель курсовой работы
Цель курсовой работы состоит в закреплении знаний, полученных при изучении дисциплины «Основы схемотехники», в получении опыта разработки и расчета основных характеристик усилительных каскадов, а также в активизации самостоятельной учебной работы студентов, в развитии умений выполнять информационный поиск, пользоваться справочной литературой, определять параметры и эквивалентные схемы биполярных транзисторов, получить разностороннее представление о конкретных электронных элементах.
В ходе выполнения курсовой работы необходимо для заданного типа транзистора выписать паспортные параметры и статические характеристики, в соответствии со схемой включения и величинами элементов схемы усилительного каскада выбрать положение режима покоя, для которого рассчитать величины элементов эквивалентных схем транзистора и малосигнальные параметры транзистора, графо-аналитическим методом определить параметры усилительного каскада.
Задание на курсовую работу
Исходные данные:
| Тип транзистора | КТ208К |
| Напряжение источника питания, Eп | 30 В |
| Сопротивление в цепи коллектора, Rк | 2,4 кОм |
| Сопротивление нагрузки, Rн | 3,3 кОм |
Описание транзистора: кремниевый эпитаксиально-планарный p-n-p транзистор предназначен для использования в импульсных, усилительных и других схемах.
Корпус металлический, герметичный, с гибкими выводами. Масса транзистора не более 0.7 г [2].
Электрические параметры:
| Наименование | Обозначение | Значения | Режим измерения | |||||
| Минима-льное | типовое | Макси-мальное | Uк, В | Iк, мА | Iк, мА | f, кГц | ||
| Обратный ток коллектора, мкА | Iкбо | Uк бmax | ||||||
| Обратный ток эмиттера, мкА (при Uэб max=Uэ) | Iэбо | |||||||
| Напряжение насыщения коллектор-эмиттер, В | Uкэнас | 0,4 | ||||||
| Напряжение насыщения база-эмиттер, В | Uбэнас | 1,5 | ||||||
| Коэффициент передачи тока в режиме малого сигнала в схеме ОЭ | h21э | 0,27 | ||||||
| При Тс=125 0С | 0,27 | |||||||
| При Тс=-60 0С | 0,27 | |||||||
| Отношение статического коэффициента передачи тока в прямом и инверсном включении | h21э/ h21э | 4,5 | 0,27 | |||||
| Входное сопротивление в режиме малого сигнала в схеме с ОЭ, Ом (при Iб=5мА) | h 11э | 0,27 | ||||||
| Выходная проводимость в режиме малого сигнала при х.х.,10-4,См (при Iэ=1мА) | h22э | 0,15 | 0,3 | 0,55 | 0,27 | |||
| Емкость коллекторного перехода, пФ | Ск | 0,27 | ||||||
| Емкость эмиттерного перехода, пФ (при Uэ=0.5В) | Сэ | |||||||
| Граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с ОЭ, МГц | fгр | |||||||
| Коэффициент шума(Rт=3кОм), дБ | Кш | 0,2 |
Максимально допустимые параметры.
Гарантируются при температуре окружающей среды Тс=25…+125 0С.
| Iк max – постоянный ток коллектора, А | 0,3 |
| Iк ,и max – импульсный ток коллектора, А | 0,5 |
| Uк бmax – постоянное напряжение коллектор-база, В | |
| Uкэ max – постоянное напряжение коллектор-эмиттер (при Rб£10 кОм),В | |
| Uэб max – постоянное напряжение эмиттер-база, В | |
| Pк max – постоянная рассеиваемая мощность, мВт | |
| При Тс=-60…+60 0С | |
| При Тс=+60…+125 0С | |
| Т п мах - Температура перехода, 0С | |
| Допустимая температура окружающей среды, 0С | -60…+125 |
При понижении Тс от 15 до -60 0С значения Uк бmax, Uкэ max уменьшаются по линейному закону до 40 В, Uэб max уменьшается линейно до 15 В.
3.Построение нагрузочной прямой по постоянному току, выбор положения рабочей точки и определение величин элементов цепи питания и стабилизации режима работы
На семействе выходных характеристик построим нагрузочную прямую по постоянному току. Для предотвращения сильных нелинейных искажений и тепловой неустойчивости транзистора, а также уменьшения нестабильности параметров усилительного каскада, выбираем схему с общим эмиттером и эмиттерной стабилизацией рабочей точки, в которой используется отрицательная обратная связь по постоянному току. Тогда нагрузочная прямая строится по уравнению:
Iк= (Еп- Uкэ)/ (Rк +Rэ).
Для дальнейших вычислений найдем Rэ:
Rэ =0,2*Rк=0,2*2,4=0,48 кОм=480 Ом.
Учитывая ряд номинальных значений Е24, выбираем Rэ=470 Ом.
Уравнение строим по двум точкам:
при Iк=0, Uкэ=Еп=30 В,
при Uкэ=0, Uкэ=Eп/(Rк+Rэ)=30/(2400+470)=10,5 мА.
Для КТ208К ∆Iб=25 мкА.
Рис1. Семейство выходных характеристик транзистора КТ208К.
Выбираем рабочую точку на середине нагрузочной прямой, тогда Uкэ0=15В, Iк0=5мА.
Рис2. Входные характеристики транзистора КТ208К.
Зафиксируем параметры режима покоя:
Iб0=0,075мА.
Uбэ0=0,66В.
Затем выберем ток делителя Iд, протекающего через R2, из условия Iд=5*Iбо, и определим величины резисторов R1, R2 по следующим соотношениям:
URэ=Iэ*Rэ ≈ Iк0*Rэ.
UR2=Uбэ0+URэ.
R1=(Eп-UR2)/(Iд+Iбо).
R2=( Uбэ0+URэ)/ Iд.
Iд=5*0,075*10-3=0,375 мА.
URэ=5*10-3*470=2,35 В.
UR2=0,66 +2,35=3,01 В.
R1=(30-3,01)/( 0,375*10-3 +0,075*10-3)=59978 Ом=59,987 кОм.
(номинал R1=62 кОм)
R2=(0,66 +2,35)/ 0,375*10-3=8030 Ом=8,03 кОм.
(номинал R2=8,2 кОм)
Рис3.Схема транзистора с общим эмиттером и эмиттерной стабилизацией
Определение малосигнальных параметров транзистора в рабочей точке
По семейству входных и выходных характеристик найдем H-параметры:
H11э= ∆Uбэ/ ∆Iб при Uкэ=const - входное сопротивление, измеряемое при коротком замыкании на выходе транзистора.
H21э=∆Iк/ ∆Iб при Uкэ= const - коэффициент передачи по току, измеряемое при коротком замыкании на выходе транзистора.
H22э= ∆Iк/ ∆Uкэ при Iб= const - выходная проводимость, измеряемая
при холостом ходе на выходе транзистора.
Для всех типов биполярных транзисторов H12э=3*10-4 – коэффициент обратной связи, измеряемый при холостом ходе на входе транзистора.
Для повышения точности расчетов приращения ∆Iк , ∆Iб, ∆Uбэ, ∆Uкэ берем симметрично относительно рабочей точки.
H11э=(0,68-0,64)/(0,11*10-3-0,033*10-3)=519 Ом при Uкэ=5 В.
H21э=(7-3,4)/(0,1*10-3-0,05*10-3) =72 при Uкэ=15 В.
H22э=(6 *10-3-4,2*10-3)/(25-5)=90*10-6 Cим при Iб=0,075 мА.