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 I_к(U_бэ) 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 Т_с=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 Т_с от 15 до -60 ⁰С значения U_{к бmax,} U_{кэ max} уменьшаются по линейному закону до 40 В, U_{эб 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:

I_к= (Е_п- U_кэ)/ (R_к +R_э).

Для дальнейших вычислений найдем R_э:

R_э =0,2*R_к=0,2*2,4=0,48 кОм=480 Ом.

Учитывая ряд номинальных значений Е24, выбираем R_э=470 Ом.

Уравнение строим по двум точкам:

при I_к=0, U_кэ=Е_п=30 В,

при U_кэ=0, U_кэ=E_п/(R_к+R_э)=30/(2400+470)=10,5 мА.

Для КТ208К ∆I_б=25 мкА.

Рис1. Семейство выходных характеристик транзистора КТ208К.

Выбираем рабочую точку на середине нагрузочной прямой, тогда U_кэ⁰=15В, I_к⁰=5мА.

Рис2. Входные характеристики транзистора КТ208К.

Зафиксируем параметры режима покоя:

I_б⁰=0,075мА.

U_бэ⁰=0,66В.

Затем выберем ток делителя I_д, протекающего через R₂, из условия I_д=5*I_б^о, и определим величины резисторов R₁, R₂ по следующим соотношениям:

U_Rэ=I_э*R_э ≈ I_к⁰*R_э.

U_R2=U_бэ⁰+U_Rэ.

R₁=(E_п-U_R2)/(I_д+I_б^о).

R₂=( U_бэ⁰+U_Rэ)/ I_д.

I_д=5*0,075*10^-3=0,375 мА.

U_Rэ=5*10^-3*470=2,35 В.

U_R2=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:

H_11э= ∆U_бэ/ ∆I_б при U_кэ=const - входное сопротивление, измеряемое при коротком замыкании на выходе транзистора.

H_21э=∆I_к/ ∆I_б при U_кэ= const - коэффициент передачи по току, измеряемое при коротком замыкании на выходе транзистора.

H_22э= ∆I_к/ ∆U_кэ при I_б= const - выходная проводимость, измеряемая

при холостом ходе на выходе транзистора.

Для всех типов биполярных транзисторов H_12э=3*10^-4 – коэффициент обратной связи, измеряемый при холостом ходе на входе транзистора.

Для повышения точности расчетов приращения ∆I_к , ∆I_б, ∆U_бэ, ∆U_кэ берем симметрично относительно рабочей точки.

H_11э=(0,68-0,64)/(0,11*10^-3-0,033*10^-3)=519 Ом при U_кэ=5 В.

H_21э=(7-3,4)/(0,1*10^-3-0,05*10^-3) =72 при U_кэ=15 В.

H_22э=(6 *10^-3-4,2*10^-3)/(25-5)=90*10^-6 Cим при I_б=0,075 мА.