Федеральне агентство зв'язку

ГОУ ВПО «Сибірський державний університет
телекомунікацій та інформатики »

Уральський технічний інститут зв'язку та інформатики (філія)

Курсова робота з дисципліни «Основи схемотехніки»

РОЗРАХУНОК ПІДСИЛЮВАЧІВ на біполярних транзисторах

ЗМІСТ

Вступ

Розрахунок підсилювального каскаду

1. Вихідні дані до курсової роботи

2. Характеристики використовуваного транзистора

3. Схема ланцюга харчування і стабілізації режиму роботи транзистора

4. Побудова навантажувальної прямої по постійному струму

5. Визначення малосигнальних параметрів транзистора в робочій точці

6. Визначення величин еквівалентної схеми транзистора

7. Визначення граничної і граничних частот біполярного транзистора

8. Визначення опору навантаження транзистора по змінному струмі

9. Побудова наскрізний характеристики

10. Визначення динамічних параметрів підсилювального каскаду

висновок

Список літератури

Додаток 1. Схема електрична принципова проектованого підсилювального каскаду

Додаток 2. Перелік елементів

Вступ

Мета даної курсової роботи полягає в закріпленні знань, отриманих при вивченні дисципліни «Основи схемотехніки», в отриманні досвіду розробки і розрахунку основних характеристик підсилювальних каскадів, а також в активізації самостійної навчальної роботи, в розвитку умінь виконувати інформаційний пошук, користуватися довідковою літературою, визначати параметри і еквівалентні схеми біполярних і польових транзисторів, отримувати різнобічну уявлення про конкретні електронних елементах.

В ході виконання курсової роботи для заданого типу транзистора визначаються паспортні параметри і статичні характеристики, відповідно до схеми включення і величинами елементів схеми підсилювального каскаду вибирається положення режиму спокою, для якого розраховуються величини елементів еквівалентних схем транзистора і мало сигнальні параметри транзистора, графоаналітичним методом визначаються параметри підсилювального каскаду.

Розрахунок підсилювального каскаду

1. Вихідні дані до курсової роботи

Відповідно до заданими вихідними даними вибираємо схему включення з загальним емітером і з емітерний стабілізацією.

2. Характеристики використовуваного транзистора

Проектована пристрій засноване на біполярному транзисторі КТ208К. Транзистор КТ208К - кремнієвий епітаксійних-планарний pnp типу, який використовується в підсилюючих схемах.

1.) Електричні параметри

2.) Максимально допустимі параметри. Гарантуються при температурі навколишнього середовища Т _з = -60 ... + 125 ⁰ С

3. Схема ланцюга харчування і стабілізації режиму роботи транзистора

Мал. 1

Призначення елементів схеми:

R _е - задає зворотний зв'язок;

Rн - опір навантаження;

З _с - розділовий конденсатор, затримує постійну складову вхідного сигналу (це може призвести до спотворення початкового струму зсуву);

У нашій схемі використовується негативний зворотний зв'язок по постійному струму. Величина резистора R _е, задає зворотний зв'язок, визначається з умови R _е = [(0,1¸0,3) Е _п] / I _е. Потім вибираємо струм дільника I _д протікає через R _2, з умови

I _д = [(3¸10) I _б і визначимо величини резисторів R _1, R _2, по наступних співвідношеннях:

4. Побудова навантажувальної прямої по постійному струму

Вихідні характеристики використовуваного транзистора:

ΔI _Б = 0,01 мА

Мал. 2

Рівняння навантажувальної прямої при виборі схеми з включення біполярного транзистора

Навантажувальну пряму будуємо по двох точках:

1. при I _к = 0 і U _ке = E _п = 30 В

Вибираємо з ряду номінальних значень = 430 Ом

2. при U _ке = 0 і

Робоча точка (т.О) вибирається посередині ділянки навантажувальної прямої в точці перетину її з вихідною характеристикою (рис.2, пряма АВ).

Вхідні характеристики використовуваного транзистора:

Мал. 3

Параметри режиму спокою: U _ке0 = 16 В, I _К0 = 5,5 мА, I _б0 = 0,03 мА, U _бе0 = 0,63 В.

Стабілізація струму здійснюється за рахунок послідовної негативного зворотного зв'язку, яка вводиться за допомогою резистора R _е. Небажана зворотний зв'язок по змінному струмі може бути усунена шляхом шунтування резистора R _е конденсатором великої ємності.

Струм дільника I _д, що протікає через R ₂ виберемо з умови I _д = (3 ÷ 10) I _б0, візьмемо I _д = 10I _б0 = 0,3 мА

Визначимо величини резисторів R ₁ і R _2:

Розділовий конденсатор С _з приймаємо ємністю 100 мкФ.

Виходячи з наявних стандартних номіналів резисторів, величину R _к = 2,2 кОм, R ₁ = 82 кОм, R ₂ = 10 кОм.

5. Визначення малосигнальних параметрів транзистора в робочій точці

1.) Вхідний опір, що вимірюється при короткому замиканні на виході транзистора, Використовуючи вихідні характеристики транзистора (Рис. 4)

Мал. 4

2.) Коефіцієнт передачі по струму, вимірюваний при короткому замиканні на виході транзистора, використовуємо вхідні характеристики транзистора (Рис.5)

Мал. 5

3.) Вихідна провідність, яка вимірюється при холостому ході на вході транзистора, використовуємо вхідні характеристики транзистора (Рис. 6)

Мал. 6

4.) Коефіцієнт зворотного зв'язку, вимірюваний при холостому ході на вході транзистора:

Для всіх типів біполярних транзисторів і робочих точок прийнято

(DI _б, DI _до, DU _бе, DU _ке - збільшення, взяті симетрично щодо робочої точки О).

6. Визначення величин еквівалентної схеми транзистора

Фізична малосигнальная високочастотна еквівалентна схема біполярного транзистора (схема Джіколетто) представлена ​​на рис. 3.

Мал. 7

1. Бар'єрна ємність колекторного переходу;

2. Вихідний опір транзистора;

3. Опір колекторного переходу;

4. Опір емітерного переходу для емітерного струму;

5. Опір емітерного переходу для базового струму;

6. Розподіл опору бази;

беремо = 100 Ом

7. Диффузионная ємність емітерного переходу;

7 нФ

8. Власна постійна часу транзистора;

9. Крутизна транзистора;

мА / В

7. Визначення граничної і граничних частот біполярного транзистора

1. Гранична частота підсилення транзистора в схемі з ОЕ:

2. Гранична частота в схемі з ОЕ:

3. Гранична частота транзистора по крутизні:

4. Максимальна частота генерації:

8. Визначення опору навантаження транзистора по змінному

току

Опір навантаження по змінному струмі для біполярного транзистора розраховується за формулою:

Для побудови навантажувальної прямої по змінному струмі скористаємося двома точками:

1.) ;

2.) - точка спокою (т.О)

Навантажувальна пряма по змінному струму наведена на малюнку 8 (пряма CD).

Δ I Б = 0,01 мА

рис.8

9. Побудова наскрізний характеристики

Для побудови наскрізної характеристики скористаємося навантажувальної прямої по змінному струмі і вихідними характеристиками наведеними на малюнку 8. По точках перетину навантажувальної прямої по змінному струмі з вихідними характеристиками будуємо наскрізну характеристику I _до (U _бе). Точки для побудови прохідний характеристики (залежно I _до від U _бе) представлені в таблиці 1, а графік залежності на малюнку 9.

Таблиця 1

10. Визначення динамічних параметрів підсилювального каскаду

Динамічні параметри підсилювального каскаду визначаються для двох величин амплітуди вхідного сигналу U _вх: U _ВХН і U _ВХН / 2.

B: I _{б = 0,01} U _{бе = 0,59} I _{к = 1,5}

D: I _{б = 0.0125} U _{бе = 0,612} I _{к = 3,8}

A: I _{б = 0,03} U _{бе = 0,632} I _{к = 6,9}

E: I _{б = 0,06} U _{бе = 0,654} I _{к = 9,9}

C: I _{б = 0,08} U _{бе = 0,675} I _{к = 13,2}

1) Коефіцієнт підсилення по напрузі, К _u (відношення сталого значення напруги сигналу на виході підсилювача до напруги сигналу на його вході) визначимо за формулою

,

де значення беремо на вихідний характеристиці поблизу робочої точки;

1.1) для U _ВХН:

,

де значення з урахуванням обох півхвиль вхідного сигналу беремо рівним 2U _ВХН; K _u <0, так як фаза дорівнює π.

1.2.) Для U _ВХН / 2:

,

де значення з урахуванням обох півхвиль вхідного сигналу беремо рівним U _ВХН; K _u <0, так як фаза дорівнює π.

2.) Коефіцієнт посилення по току До _i (відношення сталого значення струму сигналу в навантаження до току сигналу на вході) визначимо за формулою

,

де значення , беремо на вихідних характеристиках поблизу робочої точки (точки E і F на графіку);

2.1) для U _ВХН:

;

де значення з урахуванням обох півхвиль вхідного сигналу беремо рівним 2U _ВХН;

2.2.) для U _ВХН / 2:

;

де значення з урахуванням обох півхвиль вхідного сигналу беремо рівним U _ВХН;

3.) Коефіцієнт посилення по потужності визначимо за формулою

3.1) для U _ВХН:

3.2) для U _ВХН / 2:

K _p <0, так як фаза дорівнює π.

4.) Коефіцієнт нелінійних спотворень (коефіцієнт гармонік).

Нелінійні спотворення - це зміни форми коливання, обумовлені кривизною характеристик транзисторів, діодів, магнитопроводов, напівпровідникових конденсаторів, мікросхем і ін. Елементів. Параметри нелінійних елементів залежать від впливає на них струму або напруги. Відмітною ознакою нелінійних спотворень є те, що їм схильне навіть гармонійнеколивання. На цьому заснована їх найпростіша кількісна оцінка за допомогою коефіцієнта гармонік. Якщо на вхід підсилювача подати чисто гармонійне напруга, то на виході отримаємо не тільки його першу гармоніку, але і вищі.

Коефіцієнтом гармонік називається відношення ефективного (чинного), значення суми вищих гармонік вихідної напруги до ефективного значенням першої його гармоніки, обчислюється за формулою.

де - діючі напруги окремих гармонік вихідної напруги.

Цей коефіцієнт можна визначити по наскрізний характеристиці (метод Клину), який дозволяє врахувати вплив другої і третьої гармоніки вихідного сигналу за формулою:

,

де - коефіцієнти другої та третьої гармоніки, визначаються графічно.

Для цього на наскрізний характеристиці, рис. 5, відзначають п'ять точок, відповідних: точці спокою, найбільшій амплітуді вхідного сигналу, половині максимальної амплітуди сигналу (з урахуванням обох півхвиль). Значення змінних а, в і з визначаються графічно за рис 5.

a = 13 - 7 = 6

b = 7 - 1,5 = 5,5

з = 9,9 - 3,8 = 6,1

висновок

В ході виконання курсової роботи були вивчені характеристики і параметри біполярного транзистора, схема включення транзистора в якості активного елементу підсилювача, схема заміщення транзистора і її параметри. Розраховані динамічні параметри каскаду для двох значень амплітуди вхідного сигналу. З'ясовано, що коефіцієнти гармонік і ступінь нелінійних спотворень істотно залежать від амплітуди вхідного сигналу (при зменшенні амплітуди спотворення зменшуються).

Список літератури

1. Елфимов В.І., Устиленко Н.С. Електронні твердотільні прилади й мікроелектроніка. Методичні вказівки до виконання курсової роботи. Єкатеринбург: УРСС, 1998..

2. Транзистори для апаратури широкого застосування. Довідник. / Под ред. Б. Л. Перельмана. М .: Радио и связь, 1982.

3. Цикин А.В. Електронні підсилювачі. Учеб. посібник для технікумів зв'язку, 2-е вид., доп. і перераб. М .: Радио и связь, 1982.