Построение нагрузочной прямой по постоянному току, выбор положения рабочей точки и определение величин элементов цепи питания и стабилизации режима работы

Цель работы стр. 3

Построение нагрузочной прямой по постоянному

Току, выбор положения рабочей точки и определе-

Ние величин элементов цепи питания и стабилиза-

Ции режима работы стр. 4

Определение малосигнальных параметров транзи-

Стора в рабочей точке. cтр. 7

Рассчет величин схемы замещения. стр. 9

Граничные и предельные частоты биполярного

Транзистора. стр. 10 6.Определение сопротивления транзистора по

переменному току. стр. 11 7. Построение сквозной характеристики Iк(Uбэ)

и определение наибольшей величины Uвх н ,

При которой охватывается вся переменная часть

Сквозной характеристики. стр. 13

Определение динамических параметров усили-

Тельного каскада для двух величин амплитуды

входного сигнала Uвх: Uвх н, и ½*Uвхн стр. 14

9.Определение Кг – коэффициента нелинейных

Искажений или коэффициента гармоник стр. 15

Заключение стр. 16

Список литературы стр. 17

Приложение стр. 18
1.Цель курсовой работы

Построение нагрузочной прямой по постоянному току, выбор положения рабочей точки и определение величин элементов цепи питания и стабилизации режима работы - student2.ru Цель курсовой работы состоит в закреплении знаний, полученных при изучении дисциплины «Основы схемотехники», в получении опыта разработки и расчета основных характеристик усилительных каскадов, а так же 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.

o Тип транзистора___________________КТ208Ж

o Напряжение источника питания______Еп=30В

o Сопротивление в цепи коллектора____Rк=2,2 кОм

o Сопротивление нагрузки____________Rн=3 кОм

Построение нагрузочной прямой по постоянному току, выбор положения рабочей точки и определение величин элементов цепи питания и стабилизации режима работы

Построение нагрузочной прямой по постоянному току, выбор положения рабочей точки и определение величин элементов цепи питания и стабилизации режима работы - student2.ru На семействе выходных характеристик построим нагрузочную прямую по постоянному току, проходящую через две точки:

Построение нагрузочной прямой по постоянному току, выбор положения рабочей точки и определение величин элементов цепи питания и стабилизации режима работы - student2.ru

Рис1. Семейство выходных характеристик транзистора КТ208Ж.

при Iк=0, =>Uкэп

при Uкэ=0, => Uкэ=Eп/(Rк+Rэ)=Еп/1,2*Rк

Iк=0, => Uкэ=15В

Uкэ=0,=> Iк=30/(440*2200)=11мА

Построение нагрузочной прямой по постоянному току, выбор положения рабочей точки и определение величин элементов цепи питания и стабилизации режима работы - student2.ru Построение нагрузочной прямой по постоянному току, выбор положения рабочей точки и определение величин элементов цепи питания и стабилизации режима работы - student2.ru

Рис2.Входные характеристики транзистора КТ208Ж.

Координаты рабочей точки:

Uкэ0=15В

Iк0=5мА

Uбэ0=0,66В

Iб0=0,075мА

Iэ0=Iк0+Iб0=5*10-3+0,075*10-3=5,075мА

Для предотвращения сильных нелинейных искажений и тепловой неустойчивости транзистора, а также уменьшения нестабильности параметров усилительного каскада выбираем схему с эмиттерной стабилизацией рабочей точки в которой используется отрицательная обратная связь по постоянному току. Величина резистора Rэ, задающего обратную связь, определяется из условия Rэ=0,2Rк. Затем выберем ток делителя Iд, протекающего через R2, из условия Iд=5*Iбо и определим величины резисторов R1, R2 по следующим соотношениям:

Построение нагрузочной прямой по постоянному току, выбор положения рабочей точки и определение величин элементов цепи питания и стабилизации режима работы - student2.ru

Построение нагрузочной прямой по постоянному току, выбор положения рабочей точки и определение величин элементов цепи питания и стабилизации режима работы - student2.ru Построение нагрузочной прямой по постоянному току, выбор положения рабочей точки и определение величин элементов цепи питания и стабилизации режима работы - student2.ru Построение нагрузочной прямой по постоянному току, выбор положения рабочей точки и определение величин элементов цепи питания и стабилизации режима работы - student2.ru Построение нагрузочной прямой по постоянному току, выбор положения рабочей точки и определение величин элементов цепи питания и стабилизации режима работы - student2.ru Построение нагрузочной прямой по постоянному току, выбор положения рабочей точки и определение величин элементов цепи питания и стабилизации режима работы - student2.ru Построение нагрузочной прямой по постоянному току, выбор положения рабочей точки и определение величин элементов цепи питания и стабилизации режима работы - student2.ru Построение нагрузочной прямой по постоянному току, выбор положения рабочей точки и определение величин элементов цепи питания и стабилизации режима работы - student2.ru Построение нагрузочной прямой по постоянному току, выбор положения рабочей точки и определение величин элементов цепи питания и стабилизации режима работы - student2.ru Построение нагрузочной прямой по постоянному току, выбор положения рабочей точки и определение величин элементов цепи питания и стабилизации режима работы - student2.ru Построение нагрузочной прямой по постоянному току, выбор положения рабочей точки и определение величин элементов цепи питания и стабилизации режима работы - student2.ru Построение нагрузочной прямой по постоянному току, выбор положения рабочей точки и определение величин элементов цепи питания и стабилизации режима работы - student2.ru Построение нагрузочной прямой по постоянному току, выбор положения рабочей точки и определение величин элементов цепи питания и стабилизации режима работы - student2.ru Построение нагрузочной прямой по постоянному току, выбор положения рабочей точки и определение величин элементов цепи питания и стабилизации режима работы - student2.ru

Рис3.Схема с эмиттерной стабилизацией рабочей точки.

URэ=Iэ0*Rэ

UR2=Uбэ0+URэ

R2=( Uбэ0+URэ)/ Iд

R1=(Eп-UR2)/(Iд+Iбо)

Rэ=0,2*2200 =440 Ом (номинал Rэ=470 Ом)

Iд=5*0,075*10-3=0,375мА

URэ=5,075*10-3*440=4,84B

UR2=0,66 +4,84 =5,5В

R2=(0,66 +4,84)/ 0,375*10-3=14,6 КОм (номинал R2=8,2 КОм)

R1=(30-5,5)/( 375*10-6 +75*10-6)=54,4 КОм (номинал R1=47 КОм)

Построение нагрузочной прямой по постоянному току, выбор положения рабочей точки и определение величин элементов цепи питания и стабилизации режима работы - student2.ru 3.Определение малосигнальных параметров транзистора в рабочей точке.

H11э= ∆Uбэ/ ∆Iб при Uкэ=5В - входное сопротивление, измеряемое при коротком замыкании

H21э=∆Iк/ ∆Iб при Uкэ=5B -коэффициент передачи по току,измеряемое при коротком замыкании на выходе транзистора.

H22э= ∆Iк/ ∆Uкэ при Iб0=0,075мА -выходная проводимость, измеряемая

при холостом ходе на выходе транзистора.

H11э=(0,69-0,62)/(0,13*10-3-0,02*10-3)=636,4 Ом

Для нахождения H21э и H22э воспользуемся рис.4.

Построение нагрузочной прямой по постоянному току, выбор положения рабочей точки и определение величин элементов цепи питания и стабилизации режима работы - student2.ru Построение нагрузочной прямой по постоянному току, выбор положения рабочей точки и определение величин элементов цепи питания и стабилизации режима работы - student2.ru

рис.4.

H21э=(7*10-3-3,2*10-3)/(0,1*10-3-0,05*10-3)=75

H22э=(6*10-3-4,1*10-3)/(25-5)=9,5*10^-5 Cм

Построение нагрузочной прямой по постоянному току, выбор положения рабочей точки и определение величин элементов цепи питания и стабилизации режима работы - student2.ru 4.Рассчет величины схемы замещения.

Для биполярного транзистора задана схема Джиаколлето – физическая малосигнальная высокочастотная схема замещения транзистора.

Построение нагрузочной прямой по постоянному току, выбор положения рабочей точки и определение величин элементов цепи питания и стабилизации режима работы - student2.ru

Рис5. Физическая малосигнальная высокочастотная схема замещения транзистора.

Cк=Cк пост √(Uкб пасп /Uкб) -барьерная емкость коллекторного перехода.

rкэ=1/H22э -выходное сопротивление транзистора.

rк= r кэ*(H21э+1) -сопротивление коллеторного перехода.

rэ=25мВ/Iэ0мА - сопротивление эмиттерного перехода для эмиттерного тока.

rбэ= r э*(H21э+1) -сопротивление эмиттерного перехода для базового тока.

rб11э-(Н21э+1)rэ -распределенное сопротивление базы.

Cэ=1/(2*π*fт*rэ) -диффузионная емкость эмиттерного перехода.

T≈ Сэ*rб -собственная постоянная времени транзистора.

S= H21э/ H11э -крутизна транзистора.

Для расчетов необходимо найти Uкб.

Uкб=Uк-Uб=Eп-(Rк*Iк0)-(Iэ0*Rэ+Uбэ0)=Eп-Iк0*Rк-((Iк0+Iб0)*Rэ+Uбэ0)

Uкб=30-5*10-3*2200-(5,075*10-3*440+0,66) =15,7 В

Cк=50*√(10/15,7)=39пФ

Построение нагрузочной прямой по постоянному току, выбор положения рабочей точки и определение величин элементов цепи питания и стабилизации режима работы - student2.ru rкэ=1/(9.5*10-5)=1,1 КОм

rк=1,1*103*76=670 КОм

rэ=25*10-3/5,075*10-3=4,3 Ом

rбэ=4,3 *5,075=218 Ом

rб=620-326,8=293 Ом

Cэ=1/(2*3,14*380*106*4.3)=9,7 нФ

T≈9,7*10-9*293≈28 нс

S=75/636=0,118А/В=118мА/В

Построение нагрузочной прямой по постоянному току, выбор положения рабочей точки и определение величин элементов цепи питания и стабилизации режима работы - student2.ru 5.Граничные и предельные частоты биполярного транзистора.

fT= |H21э|* fизм - граничная частота усиления транзистора в схеме с ОЭ.

fа= 1.5* fт - предельная частота в схеме с ОБ.

fв= fт/ (H21э+1) -предельная частота в схеме с ОЭ.

fген=√( fт/(8*П*Cк* r э)) -максимальная частота генерации.

fs=1/(2*П*Т) -предельная частота транзистора по крутизне.

fB=5МГц

fT= fB *(H21э+1)=5*106*(75+1)=380МГц

fа=1,5*380*106=570МГц

fген=√(380*106/(8*3,14*39*10-12*4.3))=146 МГц

fs=1/(2*3,14*28*10-9 )=5,6 МГц

Построение нагрузочной прямой по постоянному току, выбор положения рабочей точки и определение величин элементов цепи питания и стабилизации режима работы - student2.ru 6.Определение сопротивления транзистора по переменному току.

Ri=(Rк*Rн)/(Rк+Rн)

Ri=(2200*3000)/(2200+3000)=1269 Ом

4 Нагрузочная прямая по переменному току.

Строится по двум точкам:

Iк=0

Uкэ=Iк0* Ri+ Uкэ0=5*10-3*1269+15=21В

Построение нагрузочной прямой по постоянному току, выбор положения рабочей точки и определение величин элементов цепи питания и стабилизации режима работы - student2.ru

Рис.6

Построение нагрузочной прямой по постоянному току, выбор положения рабочей точки и определение величин элементов цепи питания и стабилизации режима работы - student2.ru 7. Построение сквозной характеристики Iк(Uбэ) и определение наибольшей величины Uвх н , при которой охватывается вся переменная часть сквозной характеристики.

Iк, мА 1,5 3,3 10,5
Uбэ, В 0,025 0,05 0,75 0,125 0,15
Iб, мкА 0,45 0,64 0,65 0,66 0,69 0,7

Рис7.Сквозная характеристика транзистора КТ208Ж по нагрузочной прямой для переменного тока.

Построение нагрузочной прямой по постоянному току, выбор положения рабочей точки и определение величин элементов цепи питания и стабилизации режима работы - student2.ru 8.Определение динамических параметров усилительного каскада для двух величин амплитуды входного сигнала Uвх: Uвх н, и ½*Uвхн.

1. Ki=∆Iк/∆Iб -коэффициент усиления по току.

2. Ku=∆Uкэ/∆Uбэ -коэффициент усиления понапряжению.

3. Kp= Ki* Ku -коэффициент усиления по мощности.

Приращения ∆Uбэ=∆Uвх=0,2В и соответствующее ему приращение ∆Iб берутся на входной характеристике (с учетом обеих полуволн), а приращение ∆Iк, ∆Uкэ –по нагрузочной прямой для переменного тока на семействе выходных характеристик вблизи режима покоя транзистора.

Для Uвх н=0,1В.

Ki=(8,5*10-3-1,5*10-3)/(0,12*10-3-0,025*10-3)=75,7

Ku=(19-12)/(0,68-0,64)=175

Kp=175*73,7=12897,5

Для ½*Uвх н.=0,05В

Ki=(7*10-3-3,3*10-3)/(0,1*10-3-0,05*10-3)=74

Ku=(16-13)/(0,67-0,65)=150

Kp=74*150=11100

Построение нагрузочной прямой по постоянному току, выбор положения рабочей точки и определение величин элементов цепи питания и стабилизации режима работы - student2.ru 9.Определение Кг – коэффициента нелинейных искажений или коэффициента гармоник.

Коэффициент гармоник называется отношение эффективного значения суммы высших гармоник выходного напряжения к эффективному значению его первой гармоники:

Кг=(√U22+U32+U42+…)/U1, где U1, U2,U3,U4... – действующие значения отдельных гармоник выходного напряжения, этот коэффициент можно определить методом пяти ординат по сквозной характеристике, который позволяет учесть влияние второй и третьей гармоники входного сигнала.

Кг≈√(Кг22г32), где Кг2-коэффициент второй гармоники, Кг3-коэффициент третьей гармоники, определяются графически.(Рис 7)

Imax=10,5мA

I2=15,7мA

I0=5мA

I1=1мA

Imin=0,5мA

а= Imax - I0=10,5*10-3-5*10-3=5,5мА

b= I0 - Imin=5*10-3-0,5*10-3=4,5мА

с= I2- I1=15,7*10-3-1*10-3=14,7мА

Кг2=3(а-b)/4(a+c+b)=3+1/5,5+19,2=0.057

Кг3=(a+b-2c)/2(a+b+c)=-0,029

Кг≈√(0.0572+(-0,029) 2) =0,064

Заключение

Построение нагрузочной прямой по постоянному току, выбор положения рабочей точки и определение величин элементов цепи питания и стабилизации режима работы - student2.ru В результате выполнения данной работы я получил опыт разработки и расчета основных характеристик усилительных каскадов.

В ходе курсовой работы изучены характеристики и параметры биполярного транзистора, схема включения транзистора в качестве активного элемента усилителя, схема замещения транзистора и ее параметры. Рассчитаны динамические параметры каскада для двух значений амплитуды входного сигнала.

Построение нагрузочной прямой по постоянному току, выбор положения рабочей точки и определение величин элементов цепи питания и стабилизации режима работы - student2.ru

Список литературы

1. Елфимов В.И., Устыленко Н.С. Электронные твердотельные приборы и микроэлектроника. Методические указания к выполнению курсовой работы. Екатеринбург: УрКСИ, 1998.

2. Транзисторы для аппаратуры широкого применения. Справочник. / Под ред. Б. Л. Перельмана. М.: Радио и связь, 1982.

3. Цыкина А.В. Электронные усилители. Учеб. пособие для техникумов связи, 2-е изд., доп. и перераб. М.: Радио и связь, 1982.

 
  Построение нагрузочной прямой по постоянному току, выбор положения рабочей точки и определение величин элементов цепи питания и стабилизации режима работы - student2.ru

Построение нагрузочной прямой по постоянному току, выбор положения рабочей точки и определение величин элементов цепи питания и стабилизации режима работы - student2.ru

 
  Построение нагрузочной прямой по постоянному току, выбор положения рабочей точки и определение величин элементов цепи питания и стабилизации режима работы - student2.ru

Наши рекомендации