Міністерство освіти Російської Федерації
ГОУ ВПО Уральський державний технічний університет-УПІ
Кафедра «Радіоелектроніка інформаційних систем»
Оцінка работи____________
Члени коміссіі___________
Підсилювальних каскадів на біполярних ТРАНЗІСТОРЕКУРСОВАЯ РОБОТА
ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА
Підпис Дата П.І.Б.
Керівник Єлфімов В.І.
Студент Костарева Т.В.
Група: Р-224б
Номер залікової книжки 09111006
Єкатеринбург 2003
ГОУ ВПО Уральський державний технічний університет-УПІ
Кафедра «Радіоелектроніка інформаційних систем»
Оцінка работи____________
Члени коміссіі___________
Підсилювальних каскадів на біполярних ТРАНЗІСТОРЕКУРСОВАЯ РОБОТА
ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА
Підпис Дата П.І.Б.
Керівник Єлфімов В.І.
Студент Костарева Т.В.
Група: Р-224б
Номер залікової книжки 09111006
Єкатеринбург 2003
Зміст
1. Мета курсової роботи
2. Завдання на курсову роботу
3. Зміст курсової роботи
Список використаної літератури
Додаток 1. Перелік елементів
Додаток 2. Принципова схема підсилювального каскаду
2. Завдання на курсову роботу
У ході виконання курсової роботи необхідно для заданого типу транзистора виписати паспортні параметри і статичні характеристики, відповідно до схеми включення і величинами елементів схеми підсилювального каскаду вибрати положення режиму спокою, для якого слід розрахувати параметри еквівалентних схем транзистора і малосигнальний параметри транзистора, графоаналітичним методом визначити основні параметри підсилювального каскаду.
3. Зміст курсової роботи
Транзистор кремнієвий планарний npn універсальний малопотужний. Призначений для застосування в схемах генерування і посилення сигналів радіотехнічних пристроїв.
Електричні параметри
Граничне напруження при Iе = 50 мА, t = 5 мкс, f = 2 кГц ... ... ... ... ... 70 В
Напруга насичення колектор-емітер при Ік = 50 мА, Iб = 5 мА .3 У
Напруга насичення база-емітер при Ік = 50 мА, Iб = 5 мА .. ... ... .3 У
Ємність колекторного переходу при Uкб = 50 В, f = 2 МГц, не більше 4ПФ
Ємність емітерного переходу при Uеб = 0 В, f = 2 МГц, не більше 25 пФ
Постійна часу ланцюга зворотного зв'язку при Uкб = 10 В, Ік = 10 мА, f = 2 МГц, ... 300 пс
Гранична частота ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... ... 150 МГц
Зворотний струм колектора при Uкб = 120 В, Т = 298 К, не більше: .. 70 мкА
Граничні експлуатаційні дані
Постійна напруга колектор-база ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .120 У
Імпульсна напруга колектор-база ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .160 У
Постійна напруга колектор-емітер ... ... ... ... ... ... ... ... .. 100 В
Постійна напруга емітер-база ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 5 В
Постійний струм колектора ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 75 мА
Постійний струм емітера ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .80 мА
Постійна розсіює потужність при Т = 358 До ... ... ... ... ... ... 0,2 Вт
Температура переходу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... 393 К
Температура навколишнього середовища ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... від 233 до 358 До
1. Мета курсової роботи
2. Завдання на курсову роботу
3. Зміст курсової роботи
Список використаної літератури
Додаток 1. Перелік елементів
Додаток 2. Принципова схема підсилювального каскаду
1. Мета курсової роботи
Мета курсової роботи полягає в закріпленні знань, отриманих при вивченні дисципліни «Електроніка», в отриманні досвіду розробки і розрахунку основних характеристик підсилювальних каскадів, у розвитку навичок виконання інформаційного пошуку, користування довідковою літературою, визначення параметрів еквівалентних схем біполярних і польових транзисторів, у створенні різнобічного уявлення про конкретні електронних елементах.2. Завдання на курсову роботу
У ході виконання курсової роботи необхідно для заданого типу транзистора виписати паспортні параметри і статичні характеристики, відповідно до схеми включення і величинами елементів схеми підсилювального каскаду вибрати положення режиму спокою, для якого слід розрахувати параметри еквівалентних схем транзистора і малосигнальний параметри транзистора, графоаналітичним методом визначити основні параметри підсилювального каскаду.
3. Зміст курсової роботи
1. Паспортні дані
Транзистор КТ602АТранзистор кремнієвий планарний npn універсальний малопотужний. Призначений для застосування в схемах генерування і посилення сигналів радіотехнічних пристроїв.
Електричні параметри
Граничне напруження при Iе = 50 мА, t = 5 мкс, f = 2 кГц ... ... ... ... ... 70 В
Напруга насичення колектор-емітер при Ік = 50 мА, Iб = 5 мА .3 У
Напруга насичення база-емітер при Ік = 50 мА, Iб = 5 мА .. ... ... .3 У
Ємність колекторного переходу при Uкб = 50 В, f = 2 МГц, не більше 4ПФ
Ємність емітерного переходу при Uеб = 0 В, f = 2 МГц, не більше 25 пФ
Постійна часу ланцюга зворотного зв'язку при Uкб = 10 В, Ік = 10 мА, f = 2 МГц, ... 300 пс
Гранична частота ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... ... 150 МГц
Зворотний струм колектора при Uкб = 120 В, Т = 298 К, не більше: .. 70 мкА
Граничні експлуатаційні дані
Постійна напруга колектор-база ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .120 У
Імпульсна напруга колектор-база ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .160 У
Постійна напруга колектор-емітер ... ... ... ... ... ... ... ... .. 100 В
Постійна напруга емітер-база ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 5 В
Постійний струм колектора ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 75 мА
Постійний струм емітера ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .80 мА
Постійна розсіює потужність при Т = 358 До ... ... ... ... ... ... 0,2 Вт
Температура переходу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... 393 К
Температура навколишнього середовища ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... від 233 до 358 До
2. На сімействі вихідних характеристик будуємо навантажувальну пряму
Навантажувальна пряма визначається рівнянням
і будується за двома точками: при I К = 0, U КЕ = Е П і за U КЕ = 0, I К = Є П / R К.
Так як обрано схема з дільником напруги, рівняння навантажувальної прямої перетвориться до виду
і будується за двома точками: при I К = 0, U КЕ = Е П і за U КЕ = 0, I К = Є П / R К. У ході побудови навантажувальної прямої, значення R к було змінено, щоб навантажувальна пряма проходила більш круто, відповідно R к = 390 Ом, R н = 680 Ом.
Рис. 1. Схема включення біполярного транзистора із загальним емітером і фіксованим напругою база-емітер
Робочу точку вибираємо приблизно посередині між режимами відсічення і насичення у точці перетину навантажувальної прямої з найближчою вихідний характеристикою. Фіксуємо параметри режиму спокою: U КЕТ = 13,8 В, U БЕО = 0,79 В, I до = 16,7 мА, I бо = 0,625 мА.
Для отримання фіксованого напруги зсуву на базі транзистора застосовується резисторний дільник напруги, а конкретні значення величин R1 і R2 вибираються виходячи з необхідної величини
3. Графічно визначаємо малосигнальний параметри
транзистора в околицях робочої точки
Н-параметри по сімейства вхідних і вихідних характеристик:
Для підвищення точності розрахунків збільшення DI К, DI Б, DU БЕ, DU КЕ беремо симетрично щодо робочої точки транзистора в режимі спокою;
5. Розраховуємо величини елементів еквівалентної схеми транзистора
Визначаємо параметри еквівалентної схеми біполярного транзистора, яка представлена на рис. 4.
Рис. 4. Фізична Малосігнальная високочастотна еквівалентна схема біполярного транзистора (схема Джиаколетто)
Обчислюємо параметри схеми Джиаколетто, скориставшись наступними співвідношеннями:
де t ОС - постійна часу зворотного зв'язку транзистора;
де | Т - гранична частота транзистора;
транзистора; t = 0,015 (нс)
6. Визначаємо граничні та граничні частоти транзистора
а) виписуємо з довідника для біполярного транзистора значення граничних та граничних частот | гр = | Т, оцінюємо граничну частоту зі співвідношення: | Т = | Н 21Е | | ізм = 0,15 Ггц - гранична частота підсилення транзистора по струму в схемі з загальним емітером, де | Н 21Е | - модуль коефіцієнта передачі по струму на високих частотах, | ізм - частота, на якій він виміряно (довідкові дані);
б) розраховуємо граничні та граничні частоти біполярного транзистора, скориставшись наступними співвідношеннями:
Навантажувальна пряма визначається рівнянням
і будується за двома точками: при I К = 0, U КЕ = Е П і за U КЕ = 0, I К = Є П / R К.
Так як обрано схема з дільником напруги, рівняння навантажувальної прямої перетвориться до виду
і будується за двома точками: при I К = 0, U КЕ = Е П і за U КЕ = 0, I К = Є П / R К. У ході побудови навантажувальної прямої, значення R к було змінено, щоб навантажувальна пряма проходила більш круто, відповідно R к = 390 Ом, R н = 680 Ом.
Рис. 1. Схема включення біполярного транзистора із загальним емітером і фіксованим напругою база-емітер
3. Вибираємо на навантажувальної прямої режим спокою (робочу точку)
Фіксуємо параметри режиму спокою.Робочу точку вибираємо приблизно посередині між режимами відсічення і насичення у точці перетину навантажувальної прямої з найближчою вихідний характеристикою. Фіксуємо параметри режиму спокою: U КЕТ = 13,8 В, U БЕО = 0,79 В, I до = 16,7 мА, I бо = 0,625 мА.
Для отримання фіксованого напруги зсуву на базі транзистора застосовується резисторний дільник напруги, а конкретні значення величин R1 і R2 вибираються виходячи з необхідної величини
3. Графічно визначаємо малосигнальний параметри
транзистора в околицях робочої точки
Н-параметри по сімейства вхідних і вихідних характеристик:
Для підвищення точності розрахунків збільшення DI К, DI Б, DU БЕ, DU КЕ беремо симетрично щодо робочої точки транзистора в режимі спокою;
5. Розраховуємо величини елементів еквівалентної схеми транзистора
Визначаємо параметри еквівалентної схеми біполярного транзистора, яка представлена на рис. 4.
Рис. 4. Фізична Малосігнальная високочастотна еквівалентна схема біполярного транзистора (схема Джиаколетто)
Обчислюємо параметри схеми Джиаколетто, скориставшись наступними співвідношеннями:
де t ОС - постійна часу зворотного зв'язку транзистора;
де | Т - гранична частота транзистора;
транзистора; t = 0,015 (нс)
6. Визначаємо граничні та граничні частоти транзистора
а) виписуємо з довідника для біполярного транзистора значення граничних та граничних частот | гр = | Т, оцінюємо граничну частоту зі співвідношення: | Т = | Н 21Е | | ізм = 0,15 Ггц - гранична частота підсилення транзистора по струму в схемі з загальним емітером, де | Н 21Е | - модуль коефіцієнта передачі по струму на високих частотах, | ізм - частота, на якій він виміряно (довідкові дані);
б) розраховуємо граничні та граничні частоти біполярного транзистора, скориставшись наступними співвідношеннями:
7. Оцінюємо частотні залежності Y-параметрів транзисторів
Визначаємо частотні залежності модулів ½ Y 21 (w) ½, ½ Y 11 (w) ½ біполярного транзистора, скориставшись співвідношеннями:
де w b = 2p | b, w S = 2p | S.
Побудуємо графіки залежностей ½ Y 21 (w) ½ і ½ Y 11 (w) ½, задаючись значеннями w (максимальне значення частоти повинно бути
w ³ (10 - 100) × w S;
8. Визначимо опір навантаження транзистора по змінному струму:
Оцінимо значення опору навантаження біполярного транзистора по змінному струму зі співвідношення
погоджуючи зі значенням з номінального ряду, одержимо R ~ = 240 Ом
Визначаємо частотні залежності модулів ½ Y 21 (w) ½, ½ Y 11 (w) ½ біполярного транзистора, скориставшись співвідношеннями:
де w b = 2p | b, w S = 2p | S.
Побудуємо графіки залежностей ½ Y 21 (w) ½ і ½ Y 11 (w) ½, задаючись значеннями w (максимальне значення частоти повинно бути
w ³ (10 - 100) × w S;
8. Визначимо опір навантаження транзистора по змінному струму:
Оцінимо значення опору навантаження біполярного транзистора по змінному струму зі співвідношення
погоджуючи зі значенням з номінального ряду, одержимо R ~ = 240 Ом
9. Побудуємо навантажувальну пряму транзистора по змінному струму на сімействі вихідних характеристик
Навантажувальна пряма по змінному струму проходить через точку режиму спокою (I ок, U КЕТ) і через точку з координатами
I к = 0; U ке = I ок × R ~ + U КЕТ = 70 × 10 -6 × 240 +13,8 = 13,82 У
10. З використанням навантажувальної прямої по змінному струму на вихідних характеристиках транзистора побудуємо наскрізну характеристику I к = | (U бе).
Під наскрізний характеристикою транзистора розуміється залежність амплітуди змінної складової вихідного струму від значення амплітуди змінної складової вхідного напруги. Вид наскрізний характеристики транзистора представлений на рис. 6. За наскрізний характеристиці транзистора знайдемо найбільшу величину вхідного напруги U вх. н, при якій максимально охоплюється вся змінна частина наскрізний характеристики (рис. 6, ділянка ВАС).
11. Визначимо динамічні параметри підсилювального каскаду для двох величин амплітуди вхідного сигналу U вх
U вх1 = U вх. н; U вх2 = U вх. н / 2
і двох значень опору навантаження R н:
R Н1 = ¥; R н2 = R н (згідно з технічним завданням):
1) розрахуємо динамічні параметри підсилювального каскаду на біполярному транзисторі з використанням графоаналитического методу:
При U ВХ1 = U ВХ.Н,
а) при R Н1 = ¥
б) при R н2 = R н
При U ВХ2 = U ВХ.Н / 2
а) при R Н1 = ¥
б) при R н2 = R н
2) оцінимо динамічні параметри підсилювального каскаду з допомогою аналітичних співвідношень:
До i = H 21Е / (1 + Н 22Е R ~) - коефіцієнт посилення по струму, при R Н = ¥ необхідно підставляти замість R ~ значення R К;
До u = H 21Е R ~ / H 11Е - коефіцієнт посилення по напрузі, при R Н = ¥ замість R ~ необхідно підставляти значення R К;
До p =
а) при R Н1 = ¥
До i = H 21Е / (1 + Н 22Е R До) = 45,28 / (1 +390 * 0,66 * 10 -4) = 44,14
До u = H 21Е R К / H 11Е = 45,28 * 390/25 = 706,4
До p =
б) при R Н2 = R Н
До i = 44,55
До u = 434,7
До p = 1,9 * 10 4
12. Оцінимо нелінійні спотворення в усилительном каскаді на транзисторі
Коефіцієнтом гармонік називається відношення діючого значення суми вищих гармонік вихідної напруги до діючого значення його першої гармоніки:
де U 1, U 2, U 3 і т.д. - Діючі значення окремих гармонік вихідної напруги.
Цей коефіцієнт можна оцінити методом п'яти ординат із наскрізний характеристиці, який дозволяє врахувати вплив другої і третьої гармонік вхідного сигналу.
де
a = 12 травня, в = 10,5 мА, з = 10мА
тоді
при U ВХ2 = U ВХ.Н / 2
a = 6,2 мА, в = 6мА, з = 5,5 мА
тоді
Розглянутий у роботі підсилювальний каскад володіє високим коефіцієнтом посилення як по напрузі, так і по струму (при U вх1 = U вх і R Н1 = R н коефіцієнт посилення по струму склав K i = 45,28, а за напругою K i = 461, 7), що дозволяє використовувати такі каскади, наприклад, у більш потужних підсилювачах.
Коефіцієнт гармонік при U вх1 = U вх н; R Н1 = R н склав 5,6
Найбільші труднощі для мене викликало визначення динамічних параметрів підсилювального каскаду графоаналітичним методом.
Найбільш корисно для мене як результат виконання даної курсової роботи є закріплення знань, отриманих при вивченні дисципліни «Електроніка», а також отримання досвіду розробки та розрахунку основних характеристик підсилювальних каскадів.
Загальні витрати часу на виконання курсової роботи та оформлення пояснювальної записки склало майже три тижні, тому що паралельно з цією роботою доводилося дуже багато робити домашніх завдань з інших предметів.
Ця курсова робота допомогла більш повно розібратися в методиці розрахунку підсилювальних каскадів, яка буде корисна в моєї майбутньої інженерної діяльності.
2. Напівпровідникові прилади. Транзистори малої потужності: Довідник / За ред. А.В. Голомедова. 2-е вид., Стереотип. М.: Радіо і зв'язок, вид. фірма "Куб-ка", 1994. 384 с.
Приложение1. Перелік елементів
Навантажувальна пряма по змінному струму проходить через точку режиму спокою (I ок, U КЕТ) і через точку з координатами
I к = 0; U ке = I ок × R ~ + U КЕТ = 70 × 10 -6 × 240 +13,8 = 13,82 У
10. З використанням навантажувальної прямої по змінному струму на вихідних характеристиках транзистора побудуємо наскрізну характеристику I к = | (U бе).
Під наскрізний характеристикою транзистора розуміється залежність амплітуди змінної складової вихідного струму від значення амплітуди змінної складової вхідного напруги. Вид наскрізний характеристики транзистора представлений на рис. 6. За наскрізний характеристиці транзистора знайдемо найбільшу величину вхідного напруги U вх. н, при якій максимально охоплюється вся змінна частина наскрізний характеристики (рис. 6, ділянка ВАС).
11. Визначимо динамічні параметри підсилювального каскаду для двох величин амплітуди вхідного сигналу U вх
U вх1 = U вх. н; U вх2 = U вх. н / 2
і двох значень опору навантаження R н:
R Н1 = ¥; R н2 = R н (згідно з технічним завданням):
1) розрахуємо динамічні параметри підсилювального каскаду на біполярному транзисторі з використанням графоаналитического методу:
При U ВХ1 = U ВХ.Н,
а) при R Н1 = ¥
б) при R н2 = R н
При U ВХ2 = U ВХ.Н / 2
а) при R Н1 = ¥
б) при R н2 = R н
2) оцінимо динамічні параметри підсилювального каскаду з допомогою аналітичних співвідношень:
До i = H 21Е / (1 + Н 22Е R ~) - коефіцієнт посилення по струму, при R Н = ¥ необхідно підставляти замість R ~ значення R К;
До u = H 21Е R ~ / H 11Е - коефіцієнт посилення по напрузі, при R Н = ¥ замість R ~ необхідно підставляти значення R К;
До p =
а) при R Н1 = ¥
До i = H 21Е / (1 + Н 22Е R До) = 45,28 / (1 +390 * 0,66 * 10 -4) = 44,14
До u = H 21Е R К / H 11Е = 45,28 * 390/25 = 706,4
До p =
б) при R Н2 = R Н
До i = 44,55
До u = 434,7
До p = 1,9 * 10 4
12. Оцінимо нелінійні спотворення в усилительном каскаді на транзисторі
Коефіцієнтом гармонік називається відношення діючого значення суми вищих гармонік вихідної напруги до діючого значення його першої гармоніки:
де U 1, U 2, U 3 і т.д. - Діючі значення окремих гармонік вихідної напруги.
Цей коефіцієнт можна оцінити методом п'яти ординат із наскрізний характеристиці, який дозволяє врахувати вплив другої і третьої гармонік вхідного сигналу.
де
a = 12 травня, в = 10,5 мА, з = 10мА
тоді
при U ВХ2 = U ВХ.Н / 2
a = 6,2 мА, в = 6мА, з = 5,5 мА
тоді
13. Аналіз отриманих даних
Результатом виконання даної курсової роботи є розрахунок основних характеристик підсилювального каскаду, виконаного на біполярному транзисторі.Розглянутий у роботі підсилювальний каскад володіє високим коефіцієнтом посилення як по напрузі, так і по струму (при U вх1 = U вх і R Н1 = R н коефіцієнт посилення по струму склав K i = 45,28, а за напругою K i = 461, 7), що дозволяє використовувати такі каскади, наприклад, у більш потужних підсилювачах.
Коефіцієнт гармонік при U вх1 = U вх н; R Н1 = R н склав 5,6
Найбільші труднощі для мене викликало визначення динамічних параметрів підсилювального каскаду графоаналітичним методом.
Найбільш корисно для мене як результат виконання даної курсової роботи є закріплення знань, отриманих при вивченні дисципліни «Електроніка», а також отримання досвіду розробки та розрахунку основних характеристик підсилювальних каскадів.
Загальні витрати часу на виконання курсової роботи та оформлення пояснювальної записки склало майже три тижні, тому що паралельно з цією роботою доводилося дуже багато робити домашніх завдань з інших предметів.
Ця курсова робота допомогла більш повно розібратися в методиці розрахунку підсилювальних каскадів, яка буде корисна в моєї майбутньої інженерної діяльності.
Список літератури
1. Електроніка: Методичні вказівки до виконання курсової роботи / В.І. Єлфімов, Н.С. Устиленко. Єкатеринбург: УГТУ-УПІ, 2002. 37 с2. Напівпровідникові прилади. Транзистори малої потужності: Довідник / За ред. А.В. Голомедова. 2-е вид., Стереотип. М.: Радіо і зв'язок, вид. фірма "Куб-ка", 1994. 384 с.
Приложение1. Перелік елементів
| Поз. позна-чення | Найменування | Кол. | Примітка | ||||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | ||||||||||
| Резистори | |||||||||||||
| R 1 | МЛТ-0 ,125-2кОм ± 10% | 1 | |||||||||||
| R 2 | МЛТ-0, 125 - 8 2Ом ± 10% | 1 | |||||||||||
| R До | МЛТ-0, 125 - 390 Ом ± 10% | 1 | |||||||||||
| R Н | МЛТ-0, 125 - 680 Ом ± 10% | 1 | |||||||||||
| Транзистор | |||||||||||||
| VT | ГТ330Ж | 1 | |||||||||||
| Змін | Лист | № докум. | Підпис | Дата | |||||||||
| Розробник. | Шарафгаліева Т.В. | Схема електрична принципова ланцюга живлення транзистора Перелік елементів | Літ. | Лист | Листів | ||||||||
| Пров. | Єлфімов В.І. | 1 | 2 | ||||||||||
| УГТУ-УПІ Р-224б | |||||||||||||
| Н. контр. | |||||||||||||
| Затвердив. | |||||||||||||
Додаток 2. Принципова схема підсилювального каскаду
| Змін | Лист | № докум. | Підпис | Дата | ||||||
| Розробник. | Шарафгаліева І. Ф. | Схема електрична принципова ланцюга живлення транзистора | Літ. | Лист | Листів | |||||
| Пров. | Єлфімов В.І.. | До | 2 | 2 | ||||||
| УГТУ-УПІ Р-224 | ||||||||||
| Н. контр. | ||||||||||
| Затвердив. | ||||||||||