Расчетной части курсовой работы

Методические указания

к курсовой работе по «Электронике»

Цель курсовой работы

В ходе выполнения курсовой работы необходимо для заданных типов транзисторов определить их параметры и статические характеристики, в соответствии условиями задания выполнить анализ работы транзисторов с нагрузкой в выходной цепи, рассчитать параметры эквивалентной схемы и малосигнальные параметры транзисторов, определить отечественные и зарубежные аналоги заданных усилительных элементов.

Задание на курсовую работу

Типы транзисторов и их схемы включения:

Таблица 1

N	Типы транзисторов	Схемы включения
	ГТ320Б, КП201И	ОЭ, ОИ
	КТ301Ж, КП103Ж	ОЭ, ОИ
	ГТ321Е, КП304	ОЭ, ОИ
	КТ315В, КП301В	ОЭ, ОИ
	КТ603А, КП302А	ОЭ, ОИ
	КТ904А, КП303В	ОЭ, ОИ
	КТ312А, КП312Б	ОЭ, ОИ
	КТ602А, КП901А	ОЭ, ОИ
	ГТ309Д, КП903Б	ОЭ, ОИ
	КТ603Д, КП313В	ОЭ, ОИ
	ГТ305В, КП305Ж	ОЭ, ОИ
	КТ602А, КП904А	ОЭ, ОИ
	ГТ308А, КП350В	ОЭ, ОИ

Значения напряжения источника питания усилительного каскада и сопротивления нагрузки:

Таблица 2

N1	Напряжения питания биполярного и полевого транзисторов, В	Сопротивление, кОм
	10, 16
	5, 20
	10, 15	0,5
	20, 25
	20, 20
	25, 12	0,75
	8, 15
	50, 40
	10, 20	0,5
	15, 10
	10, 8	0,6
	30, 80
	9, 3

Содержание курсовой работы

В теоретической части:

Изложить краткие сведения о транзисторах, соответствующих условию задания: конструкция, принцип работы, области применения.

В расчетной части:

1. Определить исходные данные для расчета: тип транзистора, схему включения, величину напряжения питания Е_П, сопротивление нагрузки R_Н. Найти и выписать справочные данные: описание транзистора, электрические параметры, предельные эксплуатационные данные. Зарисовать семейства входных и выходных статических характеристик транзистора. Найти отечественные и зарубежные аналоги заданных типов транзисторов.

2. Построить нагрузочную прямую по постоянному току (с пояснением выбранного способа построения нагрузочной прямой). Если для заданного значения R_Н не удается использовать весь динамический диапазон рабочего режима транзистора, необходимо изменить значение R_Н (по согласованию с преподавателем) таким образом, чтобы полнее использовать статические выходные характеристики заданного транзистора.

3. Выбрать положение рабочей точки (точки покоя).

4. Определить малосигнальные параметры транзистора в окрестностях точки покоя.

5. Определить величины элементов эквивалентной схемы транзистора.

6. Определить граничные и предельные частоты транзистора.

7. Для биполярного транзистора записать выражения для модулей ½Y₂₁(w)½, ½Y₁₁(w)½ и построить графики этих зависимостей от частоты.

8. Для полевого транзистора записать выражения для модулей Y-параметров и построить графики данных зависимостей от частоты.

Методические указания к выполнению

расчетной части курсовой работы

1. Выпишите электрические параметры транзистора (с указанием условий их измерения). Изобразите семейства входных и выходных характеристик (при необходимости для более удобного графического определения параметров вблизи рабочей точки измените масштабы по осям). Перерисуйте также зависимости граничной частоты, постоянной времени обратной связи от режима (при их наличии). Не забудьте указать источники информации в библиографическом списке пояснительной записки и ссылкой в тексте.

2. На семействе выходных характеристик постройте нагрузочную прямую по постоянному току.

3. Выберите на нагрузочной характеристике рабочую точку (точку покоя). Определите параметры режима покоя.

а) Для биполярного транзистора рабочую точку выберите примерно посередине между режимами отсечки и насыщения в точке пересечения нагрузочной прямой с ближайшей выходной характеристикой. При отсутствии таковой - достройте дополнительную(ые) характеристику(и) с учетом закономерностей хода характеристик, приведенных в справочнике. Зафиксируйте параметры режима покоя – I_{Б 0}, U_{БЭ 0}, I_{К 0}, U_{КЭ 0} . Этот режим работы транзистора задается или током базы I_{Б 0}, или напряжением смещения U_{БЭ 0}.

б) Для полевого транзистора рабочую точку выберите примерно посередине рабочего участка (участка насыщения) в точке пересечения нагрузочной прямой с ближайшей выходной характеристикой. При отсутствии таковой - достройте дополнительную(ые) характеристику(и) с учетом закономерностей хода характеристик, приведенных в справочнике. Зафиксируйте параметры режима покоя: U_{ЗИ 0}, I_{С 0}, U_{СИ 0}.

4. Графически определите малосигнальные параметры транзистора в окрестностях рабочей точки:

а) h - параметры для биполярного транзистора по семейству входных и выходных характеристик:

- входное сопротивление транзистора при коротком замыкании на выходе для переменной составляющей тока;

- коэффициент передачи по току при коротком замыкании на выходе для переменной составляющей тока;

- выходная проводимость транзистора при разомкнутом входе для переменной составляющей тока (холостой ход входной цепи);

коэффициент обратной связи по напряжению при разомкнутом входе для переменной составляющей тока определяется по формуле пересчета

, где - значение тока эмиттера в мА.

б) статические параметры полевого транзистора по семейству выходных (стоковых) характеристик:

- крутизна характеристики полевого транзистора;

- внутреннее сопротивление транзистора;

- статический коэффициент усиления.

Сравните полученные результаты с имеющимися справочными данными.

5. Рассчитайте величины элементов эквивалентной схемы транзистора:
а) определите параметры эквивалентной схемы биполярного транзистора, которая представлена на рис. 1.

Рис. 1. Физическая малосигнальная эквивалентная схема

биполярного транзистора (схема Джиаколетто)

Вычислите параметры схемы Джиаколетто, воспользовавшись следующими соотношениями:

и - емкости коллекторного и эмиттерного переходов (справочные параметры);

- сопротивление эмиттерного перехода эмиттерному току;

- сопротивление эмиттерного перехода базовому току;

- выходное сопротивление транзистора (называемое также сопротивлением внешней утечки между коллектором и эмиттером),

где - крутизна характеристики транзистора;

- сопротивление коллекторного перехода;

- объемное сопротивление базы ( - постоянная времени цепи обратной связи – справочный параметр), которое приближенно можно также оценить по формуле .

б) определите параметры эквивалентной схемы полевого транзистора, которая представлена на рис. 2.

Рис. 2. Эквивалентная схема полевого транзистора

На эквивалентной схеме рис. 2 введены обозначения:

С_СИ – емкость между стоком и истоком – выходная емкость (справочные параметры);

С_ЗС – емкость между затвором и стоком – проходная емкость (справочные параметры);

С_ЗИ – емкость между затвором и каналом – входная емкость (справочные параметры);

R_i = 1/g_{22 И} – внутреннее сопротивление транзистора;

S – крутизна характеристики транзистора;

R_КАН – среднее сопротивление канала полевого транзистора, которое приближенно оценивается из соотношения R_КАН = r_К/4, где r_К – сопротивление канала в рабочей точке, определяемое по формуле r_К = U_{СИ 0}/I_{С 0};

U_{СИ 0} – напряжение сток - исток в рабочей точке,

I_{С 0} – ток стока в рабочей точке.

6. Определите граничные и предельные частоты транзистора:

а) рассчитайте предельную частоту передачи тока в схеме с ОЭ по формуле ;

определите значение граничной частоты передачи тока транзистора, пользуясь соотношением , где - модуль коэффициента передачи тока на высокой частоте, - значение частоты, на которой проводились измерения данного параметра;

рассчитайте значение максимальной частоты генерации транзистора

и предельной частоты транзистора по крутизне

.

б) рассчитайте граничные и предельные частоты полевого транзистора, воспользовавшись следующими соотношениями:

¦_S = 1/(2p×R_КАН ×С_ЗИ), где ¦_S – предельная частота проводимости прямой передачи полевого транзистора;

¦_ГР = S/(2p×С_СИ), где ¦_ГР – граничная частота усиления полевого транзистора,

S – статическая крутизна характеристики полевого транзистора на нулевой частоте.

7. Оцените частотные зависимости Y-параметров транзисторов:

а) определите частотные зависимости модулей ½Y₂₁(w)½, ½Y₁₁(w)½ биполярного транзистора, воспользовавшись соотношениями:

- проводимость прямой передачи (крутизна проходной характеристики), которую определяют при коротко замкнутом для переменной составляющей выходе транзистора;

- входная проводимость, которую определяют при короткозамкнутом для переменной составляющей выходе транзистора,

где w_h21Э = 2p¦ _h21Э, w_S = 2p¦_S (¦ _h21Э и f_S - предельная частота передачи тока биполярного транзистора в схеме с ОЭ и предельная частота транзистора по крутизне соответственно).

Постройте графики зависимостей ½Y₂₁(w)½ и ½Y₁₁(w)½, задаваясь значениями w (максимальное значение частоты должно быть
w ³ (10 ÷ 50)×w_S).

б) определите частотные зависимости системы Y - параметров полевого транзистора, используя следующие соотношения:

- входная проводимость, которую определяют при короткозамкнутом для переменной составляющей выходе транзистора;

- проводимость обратной передачи, которую определяют при короткозамкнутом для переменной составляющей входе транзистора;

- проводимость прямой передачи, которую определяют при короткозамкнутом для переменной составляющей выходе транзистора;

- выходная проводимость, которую определяют при короткозамкнутом для переменной составляющей входе транзистора,

где w_S = 2p¦_S (f_S - предельная частота проводимости прямой передачи полевого транзистора).

При отсутствии каких-либо справочных данных необходимо определить недостающие параметры косвенным образом.

В соответствии с выражениями для Y-параметров постройте их зависимости от частоты (максимальное значение частоты должно быть
w ³ (10 ÷ 50)×w_S).

Список литературы

Учебники и учебные пособия

1. Вайсбурд Ф.И., Панаев Г.А., Савельев Б.Н. Электронные приборы и усилители. М.: Радио и связь, 1987.

2. Цыкин А.В. Электронные усилители. М.: Радио и связь, 1982.

3. Электронные приборы.: Учебник для вузов/ В.Н. Дулин, Н.А. Аваев,
В.П. Демин и др.; Под ред. Г.Г. Шишкина.М.: Энергоатомиздат, 1989.

4. Батушев В.А. Электронные приборы. М.: Высшая школа, 1980.

5. Пасынков В.В., Чиркин А.К. Полупроводниковые приборы. СПб.: Издательство «Лань», 2001.

6. Степаненко И.П. Основы теории транзисторов и транзисторных схем. М.: Энергия, 1977.

7. Манаев Е.И. Основы радиоэлектроники. М.: Радио и связь, 1985.

8. Булычев А.Л., Лямин П.М., Тулинов Е.С. Электронные приборы. Минск: Высшая школа, 1999.

9. Жеребцов И.П. Основы электроники. Л.: Энергоатомиздат, 1989.

Справочники

1. Полупроводниковые приборы. Транзисторы малой мощности: Справочник/ Под ред. А.В. Голомедова. М.: Радио и связь, 1994.

2. Полупроводниковые приборы. Транзисторы средней и большой мощности: Справочник / Под ред. А.В. Голомедова. М.: Радио и связь, 1994.

3. Нефедов А.В., Гордеева В.И. Отечественные полупроводниковые приборы и их зарубежные аналоги: Справочник. М.: Радио и связь, 1990.

4. Полупроводниковые приборы. Транзисторы: Справочник / Под ред.
Н.Н. Горюнова. М.: Энергоатомиздат, 1985.

5. Транзисторы для аппаратуры широкого применения.: Справочник / Под ред.
Б.Л. Перельмана. М.: Радио и связь, 1981.

6. Справочник по полупроводниковым диодам, транзисторам и интегральным схемам / Под ред. Н.Н. Горюнова. М.: Энергия, 1976.