Справочный материал. Частотные параметры транзисторов

Основной расчет

 

4.Расчет рабочего режима каскада.

После определения сопротивлений резисторов каскада можно начать проверку работы схемы. Забываем про предварительный расчет и считаем, что надо исследовать заданный каскад (ОЭ или ОК), имеющий рассчитанный набор сопротивлений. Проверка состоит из ручной и машинной частей. Ручная часть включает расчет по постоянному току (определение рабочей точки и определение возможного ее ухода из-за влияния температуры и технологического разброса параметров) и расчет по переменному току (определение основных параметров каскада).

Перед расчетом рабочего режима, т.е. определения рабочей точки, надо нарисовать схему каскада по постоянному току с учетом типа транзистора и знака Е_п, обозначить токи I_б ,I_к ,I_э и напряжения U_бэ и U_кэ. Схема не должна содержать конденсаторов (сопротивление конденсатора постоянному току бесконечно). Токи и напряжение U_кэ определяются из системы уравнений, составленных на основе законов Кирхгофа и с учетом того, что можно принять U_бэ=0.7В (см. лекции, семинары и ЛР №3). Отметим, что для p-n-p транзистора при расчете рабочей точки считается, что U_бэ= – 0.7В (также должно получиться U_кэ < 0). Для p-n-p транзистора (E_п < 0) при правильно выбранных направлениях токов рабочую точку можно найти из следующей системы уравнений:

R_б = R₁|| R₂,

R_см = R_б + R_э (1+ ),

E_см = E_п ,

– E_см= – U_бэ + I_б R_см,

I_к = I_б

– E_п= – U_кэ + I_к R₌

Результат расчета – рабочие точки (I_бА, U_бэА) и (I_кА, U_кэА), которые надо нанести на соответственно входные и выходные характеристики транзистора. Точка на выходных характеристиках (обозначим ее А₄) должна лежать близко от построенной на этапе предварительного расчета точки А₁. Если расхождение велико, продолжать бесполезно и имеет смысл искать ошибку в расчетах.

 

5.Расчет возможного ухода рабочего тока.

В пункте требуется определить величину I_к = I_к1 + I_к2, где

I_к1 = T / R_э – уход р.т. из-за влияния температуры (здесь записан модуль этой величины, чтобы определить максимально возможное отклонение тока), считается, что нормальная температура равна 20⁰С, разброс температуры задан в ТЗ, а = (1…2) мВ/С,

I_к2 = – уход р.т. из-за технологического разброса значений параметра , где = _max – ₀, = , а I_кА – значение тока коллектора, полученное в п.4.

После определения I_к, надо посчитать U_T = I_к R₌ и сравнить с величиной U_T, выбранной в п. 1 при расчете рабочей точки. Если полученное в этом пункте значение U_T меньше выбранной в п. 1 величины – все в порядке, и можно продолжить расчет, если больше - начинать все с начала.

 

6.Графический расчет рабочего режима.

 

Порядок графического расчета подробно описан в ЛР №3, здесь лишь кратко напомним последовательность действий.

· На выходных характеристиках через р.т. А₄, найденную в п. 4, провести вертикальную прямую, определить I_к (разницу между соседними выходными характеристиками). Определить h₂₁ = I_к / I_б. При расчете учесть, что I_б между соседними характеристиками составляет 50 мкА для всех транзисторов.

· Определить R_см = R_б + R_э (1+h₂₁) и построить на входных характеристиках нагрузочную прямую E_см = U_бэ + I_б R_см., точку пересечения входной характеристики и нагрузочной прямой обозначить А₆ – это р.т., найденная графическим методом. Определить U_бэА и I_бА.

· На выходных характеристиках построить нагрузочную прямую

E_п= U_кэ + I_к R₌. (она может отличаться от прямой, построенной в п. 1 на этапе предварительного расчета) и дополнительную выходную характеристику, соответствующую найденному графическим методом току I_бА. Точку пересечения построенной выходной характеристики и нагрузочной прямой обозначить А₆ – это р.т., найденная графическим методом. Определить U_кэА и I_кА.

Если h₂₁ значительно отличается от значения , используемого при выполнении пп.4 и 5, то точка А₆ может не совпадать с точками А₁ и А₄, это не является ошибкой, и переделывать расчет не надо.

 

7. Определение параметров малосигнальной схемы замещения транзистора.

 

Малосигнальные параметры транзистора можно определить либо по приближенным формулам: h₁₁ = , h₂₁ = ( = 25 мВ – тепловой потенциал, I_бА – рабочий ток, найденный в п. 4), либо графическим методом (для групп А-4,6,7,8,9,12) (см. лекции, семинары, ЛР №3).

 

8.Определение основных параметров каскада.

Перед расчетом основных параметров каскада надо нарисовать схему замещения каскада по переменному току на основе схемы замещения транзистора в h-параметрах (при этом можно принять h₂₂ =0, если параметры определялись по приближенным формулам). В схеме обозначить все элементы, а также U_вх и U_вых.

 

Для каскада ОКрассчитать K_e0, R_вх и R_вых по следующим формулам:

 

R_вх ,

, K_e0= K_{u хх} , ,

.

Для каскада ОЭ надо сначала разделить R_э на два сопротивления: R_э1 и R_э2.

 

Введем обозначение: x = , тогда, используя известные формулы определения основных параметров каскада:

, K_e0 = K_uХХ , , , R_ВЫХ R_К , , можно записать:

= .

Приравняв это выражение к значению K_eТЗ (лучше взять чуть большую величину), надо найти x, через x можно найти R_э1, а потом R_э2= R_э - R_э1. Оба сопротивления R_э1 и R_э2 надо округлить до числа из ряда Е24, причем R_э1 лучше округлять в сторону уменьшения (иначе может не пройти коэффициент усиления каскада). После этого надо пересчитать K_e0 и R_вх , используя округленное значение R_э1.

 

9.Расчет емкостей конденсаторов.

Постоянную времени усилителя для диапазона низких частот _Н можно определить по формуле:

для каскада ОК

, где

,

,

для каскада ОЭ

,где

,

,

,

Учитывая, что

, а f_Н – задана в ТЗ, можно принять

для каскада ОК

, ,

а для каскада ОЭ

, , .

Тогда можно определить С_Р1 и С_Р2 и С_Э имея в виду, что

, , .

Емкости конденсаторов надо округлить до чисел из ряда Е12 (для C<1мкФ) или Е6 (для C>1мкФ). Если при машинном расчете каскад не пройдет по низкой частоте, надо увеличить рассчитанные в этом пункте емкости всех конденсаторов.

 

10. Определение верхней границы полосы пропускания каскада. (Расчёт на ВЧ).

 

Постоянную времени усилителя для диапазона высоких частот _В можно определить по формуле:

 

, где

t_вх=С_вх(R_вх||R_г), С_вх= , где - справочный параметр: время пролёта неосновных носителей через базу (см. справочный материал).

t_вых=С_н(R_нR_вых).

Надо найти _в, определить и сравнить с f_вТЗ.

Справочный материал. Частотные параметры транзисторов.

Справочники могут содержать следующие частотные параметры транзисторов (везде ==_ср).

1) f= f_h21 - граничная частота ;

2) f_Т=f₁ – частота единичного усиления f_Т= · f_h21.

3) модуль коэффициента передачи тока на заданной частоте f_вч:

.

4) - время пролёта носителей через базу =1/f_Т.