Рефетека.ру / Коммуникации и связь

Курсовая работа: Усилительный каскад на биполярном транзисторе

Министерство образования Российской Федерации

ГОУ ВПО Уральский государственный технический университет-УПИ

Кафедра «Радиоэлектроника информационных систем»


Оценка работы____________

Члены комиссии___________


УСИЛИТЕЛЬНЫЙ КАСКАД НА БИПОЛЯРНОМ ТРАНЗИСТОРЕКУРСОВАЯ РАБОТА

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА


Подпись Дата Ф.И.О.


Руководитель Елфимов В.И.


Студент Костарева Т.В.


Группа: Р-224б


Номер зачетной книжки 09111006


Екатеринбург 2003

Оглавление


1. Цель курсовой работы

2. Задание на курсовую работу

3. Содержание курсовой работы

Список используемой литературы

Приложение 1. Перечень элементов

Приложение 2. Принципиальная схема усилительного каскада


1. Цель курсовой работы


Цель курсовой работы состоит в закреплении знаний, полученных при изучении дисциплины «Электроника», в получении опыта разработки и расчета основных характеристик усилительных каскадов, в развитии навыков выполнения информационного поиска, пользования справочной литературой, определения параметров эквивалентных схем биполярных и полевых транзисторов, в создании разностороннего представления о конкретных электронных элементах.


2. Задание на курсовую работу


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 следует рассчитать параметры эквивалентных схем транзистора и малосигнальные параметры транзистора, графоаналитическим методом определить основные параметры усилительного каскада.


3. Содержание курсовой работы


Паспортные данные


Транзистор КТ602А

Транзистор кремниевый планарный n-p-n универсальный маломощный. Предназначен для применения в схемах генерирования и усиления сигналов радиотехнических устройств.

Электрические параметры

Граничное напряжение при Iэ=50 мА, t=5 мкс, f=2 кГц ……………70 В

Напряжение насыщения коллектор-эмиттер при Iк=50 мА, Iб=5 мА .3В

Напряжение насыщения база-эмиттер при Iк=50 мА, Iб=5 мА..…….3 В

Емкость коллекторного перехода при Uкб=50 В, f=2 МГц, не более 4пФ

Емкость эмиттерного перехода при Uэб=0 В, f=2 МГц, не более 25 пФ

Постоянная времени цепи обратной связи при Uкб=10 В, Iк=10 мА, f=2 МГц, ...300 пс

Граничная частота…………………………………………….…150 МГц

Обратный ток коллектора при Uкб=120 В, Т=298 К, не более:..70 мкА

Предельные эксплуатационные данные

Постоянное напряжение коллектор-база………………………….120 В

Импульсное напряжение коллектор-база………………………….160 В

Постоянное напряжение коллектор-эмиттер ……………………..100 В

Постоянное напряжение эмиттер-база ………………………………5 В

Постоянный ток коллектора ………………………………………75 мА

Постоянный ток эмиттера………………………………………….80 мА

Постоянная рассеиваемая мощность при Т=358 К………………0,2 Вт

Температура перехода……………………………………………....393 К

Температура окружающей среды………..……………...от 233 до 358 К

На семействе выходных характеристик строим нагрузочную прямую


Нагрузочная прямая определяется уравнением


Усилительный каскад на биполярном транзисторе


и строится по двум точкам: при IК = 0, UКЭ = ЕП и при UКЭ = 0, IК = ЕП/RК.

Так как выбрана схема с делителем напряжения, уравнение нагрузочной прямой преобразуется к виду


Усилительный каскад на биполярном транзисторе


и строится по двум точкам: при IК = 0, UКЭ = ЕП и при UКЭ = 0, IК = ЕП/RК. В ходе построения нагрузочной прямой, значение Rк было изменено, чтобы нагрузочная прямая проходила более круто, соответственно Rк = 390 Ом, Rн = 680 Ом.


Усилительный каскад на биполярном транзисторе

Рис. 1. Схема включения биполярного транзистора с общим эмиттером и фиксированным напряжением база-эмиттер

3. Выбираем на нагрузочной прямой режим покоя (рабочую точку)


Фиксируем параметры режима покоя.

Рабочую точку выбираем примерно посередине между режимами отсечки и насыщения в точке пересечения нагрузочной прямой с ближайшей выходной характеристикой. Фиксируем параметры режима покоя: Uкэо=13,8 В, Uбэо=0,79 В, Iко=16,7 мА, Iбо=0,625 мА.

Для получения фиксированного напряжения смещения на базе транзистора применяется резисторный делитель напряжения, а конкретные значения величин R1 и R2 выбираются исходя из необходимой величины Усилительный каскад на биполярном транзисторе. Эта схема называется схемой стабилизации с фиксированным напряжением смещения базы. Выберите ток делителя IД, протекающий через R2, из условия IД = (10 - 20) IБ0 и определите величины сопротивлений резисторов R1, R2:


Усилительный каскад на биполярном транзисторе , .

Усилительный каскад на биполярном транзисторе,

Усилительный каскад на биполярном транзисторе


Графически определяем малосигнальные параметры

транзистора в окрестностях рабочей точки


Н-параметры по семейству входных и выходных характеристик:

Усилительный каскад на биполярном транзисторе - входное сопротивление транзистора при коротком замыкании на выходе для переменной составляющей тока;

Усилительный каскад на биполярном транзисторе - коэффициент передачи по току при коротком замыкании на выходе для переменной составляющей тока;

Усилительный каскад на биполярном транзисторе - выходная проводимость транзистора при разомкнутом входе для переменной составляющей тока (холостой ход входной цепи);

Усилительный каскад на биполярном транзисторе - коэффициент обратной связи по напряжению при разомкнутом входе для переменной составляющей тока.

Для повышения точности расчетов приращения DIК, DIБ, DUБЭ, DUКЭ берем симметрично относительно рабочей точки транзистора в режиме покоя;


Усилительный каскад на биполярном транзисторе

Усилительный каскад на биполярном транзисторе

Усилительный каскад на биполярном транзисторе


5. Рассчитываем величины элементов эквивалентной схемы транзистора


Определяем параметры эквивалентной схемы биполярного транзистора, которая представлена на рис. 4.

Усилительный каскад на биполярном транзисторе

Рис. 4. Физическая малосигнальная высокочастотная эквивалентная схема биполярного транзистора (схема Джиаколетто)


Вычисляем параметры схемы Джиаколетто, воспользовавшись следующими соотношениями:

Усилительный каскад на биполярном транзисторе - барьерная емкость коллекторного перехода; Усилительный каскад на биполярном транзисторе, Из ряда номинальных значений выбираем Усилительный каскад на биполярном транзисторе

Усилительный каскад на биполярном транзисторе - выходное сопротивление транзистора; Усилительный каскад на биполярном транзисторе Усилительный каскад на биполярном транзисторе - сопротивление коллекторного перехода; Усилительный каскад на биполярном транзисторе

Усилительный каскад на биполярном транзисторе - сопротивление эмиттерного перехода по эмиттерному току; Усилительный каскад на биполярном транзисторе

Усилительный каскад на биполярном транзисторе - сопротивление эмиттерного перехода базовому току; Усилительный каскад на биполярном транзисторе

Усилительный каскад на биполярном транзисторе - распределенное сопротивление базы,

где tОС – постоянная времени обратной связи транзистора; Усилительный каскад на биполярном транзисторе

Усилительный каскад на биполярном транзисторе - диффузионная емкость эмиттерного перехода,

где ¦Т – граничная частота транзистора; Усилительный каскад на биполярном транзисторе

Усилительный каскад на биполярном транзисторе - собственная постоянная времени

транзистора; t = 0,015 (нс)

Усилительный каскад на биполярном транзисторе - крутизна транзистора; S = 1,81 (А/В)


Определяем граничные и предельные частоты транзистора

а) выписываем из справочника для биполярного транзистора значения граничных и предельных частот ¦гр = ¦Т, оцениваем граничную частоту из соотношения: ¦Т = |Н21Э| ¦изм = 0,15 ГГц - граничная частота усиления транзистора по току в схеме с общим эмиттером, где |Н21Э| - модуль коэффициента передачи по току на высоких частотах, ¦изм - частота, на которой он измерен (справочные данные);

б) рассчитываем граничные и предельные частоты биполярного транзистора, воспользовавшись следующими соотношениями:

Усилительный каскад на биполярном транзисторе - предельная частота в схеме включения транзистора с общим эмиттером;

Усилительный каскад на биполярном транзисторе - предельная частота в схеме включения транзистора с общей базой;

Усилительный каскад на биполярном транзисторе - максимальная частота генерации;

Усилительный каскад на биполярном транзисторе - предельная частота транзистора по крутизне;

Оцениваем частотные зависимости Y-параметров транзисторов

Определяем частотные зависимости модулей ЅY21(w)Ѕ, ЅY11(w)Ѕ биполярного транзистора, воспользовавшись соотношениями:


Усилительный каскад на биполярном транзисторе - проводимость прямой передачи, которую определяем при коротко замкнутом для переменной составляющей выходе транзистора;

Усилительный каскад на биполярном транзисторе - входная проводимость, которую определяем при короткозамкнутом для переменной составляющей выходе транзистора,

где wb = 2p¦b, wS = 2p¦S .

Построим графики зависимостей ЅY21(w)Ѕ и ЅY11(w)Ѕ, задаваясь значениями w (максимальное значение частоты должно быть
w і (10 – 100)ЧwS;


Определим сопротивление нагрузки транзистора по переменному току:


Оценим значение сопротивления нагрузки биполярного транзистора по переменному току из соотношения


Усилительный каскад на биполярном транзисторе(Ом);


согласуя со значением из номинального ряда, получим R~= 240 Ом

Построим нагрузочную прямую транзистора по переменному току на семействе выходных характеристик

Нагрузочная прямая по переменному току проходит через точку режима покоя (Iок, Uкэо) и через точку с координатами
Iк = 0; Uкэ = Iок ЧR~+Uкэо = 70Ч10-6Ч240+13,8=13,82 В


С использованием нагрузочной прямой по переменному току на выходных характеристиках транзистора построим сквозную характеристикуIк = ¦(Uбэ).


Под сквозной характеристикой транзистора понимается зависимость амплитуды переменной составляющей выходного тока от значения амплитуды переменной составляющей входного напряжения. Вид сквозной характеристики транзистора представлен на рис. 6. По сквозной характеристике транзистора найдем наибольшую величину входного напряжения Uвх. н, при которой максимально охватывается вся переменная часть сквозной характеристики ( рис. 6, участок ВАС).


Определим динамические параметры усилительного каскада для двух величин амплитуды входного сигнала Uвх


Uвх1 = Uвх. н ; Uвх2 = Uвх. н/2

и двух значений сопротивления нагрузки Rн:

Rн1 = Ґ; Rн2 = Rн (в соответствии с техническим заданием):

1) рассчитаем динамические параметры усилительного каскада на биполярном транзисторе с использованием графоаналитического метода:

Усилительный каскад на биполярном транзисторе - коэффициент усиления по току;

Усилительный каскад на биполярном транзисторе - коэффициент усиления по напряжению;


Усилительный каскад на биполярном транзисторе - коэффициент усиления по мощности, где приращение Усилительный каскад на биполярном транзисторе и соответствующее ему приращение Усилительный каскад на биполярном транзисторе определим по входной характеристике биполярного транзистора, а приращения Усилительный каскад на биполярном транзисторе, Усилительный каскад на биполярном транзисторе - по нагрузочной прямой для постоянного и переменного токов (в зависимости от значения сопротивления нагрузки) на семействе выходных характеристик вблизи режима покоя транзистора;

При UВХ1= UВХ.Н ,

а) при Rн1=Ґ


Усилительный каскад на биполярном транзисторе

Усилительный каскад на биполярном транзисторе

Усилительный каскад на биполярном транзисторе3,2*104


б) при Rн2=Rн


Усилительный каскад на биполярном транзисторе

Усилительный каскад на биполярном транзисторе

Усилительный каскад на биполярном транзисторе2,1*104

При UВХ2= UВХ.Н/2

а) при Rн1=Ґ


Усилительный каскад на биполярном транзисторе

Усилительный каскад на биполярном транзисторе

Усилительный каскад на биполярном транзисторе3,3*104


б) при Rн2=Rн


Усилительный каскад на биполярном транзисторе

Усилительный каскад на биполярном транзисторе

Усилительный каскад на биполярном транзисторе2,8*104


2) оценим динамические параметры усилительного каскада с помощью аналитических соотношений:

Кi = H21Э/(1+Н22ЭR~) – коэффициент усиления по току, при RН = Ґ необходимо подставлять вместо R~ значение RК;

Кu = H21ЭR~/H11Э – коэффициент усиления по напряжению, при RН = Ґ вместо R~ необходимо подставлять значение RК ;

Кp = Усилительный каскад на биполярном транзисторе - коэффициент усиления по мощности, при RН = Ґ вместо R~ необходимо подставлять значение RК;

а) при RН1 = Ґ

Кi = H21Э/(1+Н22ЭRК) = 45,28/(1+390*0,66*10-4) = 44,14

Кu = H21ЭRК/H11Э =45,28*390/25=706,4

Кp = Усилительный каскад на биполярном транзисторе= 2050,3*390/25*(1+390*0,66*10-4)=3,12*104

б) при RН2 = RН

Кi =44,55

Кu =434,7

Кp =1,9*104


Оценим нелинейные искажения в усилительном каскаде на транзисторе

Коэффициентом гармоник называется отношение действующего значения суммы высших гармоник выходного напряжения к действующему значению его первой гармоники:


Усилительный каскад на биполярном транзисторе ,


где U1, U2, U3 и т.д. – действующие значения отдельных гармоник выходного напряжения.

Этот коэффициент можно оценить методом пяти ординат по сквозной характеристике, который позволяет учесть влияние второй и третьей гармоник входного сигнала.


Усилительный каскад на биполярном транзисторе,


где Усилительный каскад на биполярном транзисторе - коэффициент второй гармоники; Усилительный каскад на биполярном транзисторе - коэффициент третьей гармоники, определяются графически. Для этого на сквозной характеристике отмечаем пять точек (см. рис. 10), соответствующих точке покоя (нулевая амплитуда входного сигнала), наибольшей амплитуде входного сигнала UВХ. Н (с учетом обеих полуволн), половине наибольшей амплитуды входного сигнала, т.е. (1/2)UВХ. Н (тоже с учетом обеих полуволн). По этим точкам вычисляем значения отрезков Усилительный каскад на биполярном транзисторе, Усилительный каскад на биполярном транзисторе, Усилительный каскад на биполярном транзисторе,

a=12мА, в=10,5мА, с=10мА

тогда


Усилительный каскад на биполярном транзисторе

Усилительный каскад на биполярном транзисторе

Усилительный каскад на биполярном транзисторе


при UВХ2= UВХ.Н/2

a=6,2мА, в=6мА, с=5,5мА

тогда


Усилительный каскад на биполярном транзисторе

Усилительный каскад на биполярном транзисторе

Усилительный каскад на биполярном транзисторе


Анализ полученных данных


Результатом выполнения данной курсовой работы является расчет основных характеристик усилительного каскада, выполненного на биполярном транзисторе.

Рассмотренный в работе усилительный каскад обладает высоким коэффициентом усиления как по напряжению, так и по току ( при Uвх1 =Uвх и Rн1 = Rн коэффициент усиления по току составил Ki=45,28, а по напряжению Ki=461,7), что позволяет использовать такие каскады, например, в более мощных усилителях.

Коэффициент гармоник при Uвх1 =Uвх н ; Rн1 = Rн составил 5,6

Наибольшие трудности для меня вызвало определение динамических параметров усилительного каскада графоаналитическим методом.

Наиболее полезно для меня как результат выполнения данной курсовой работы является закрепление знаний, полученных при изучении дисциплины «Электроника», а также получение опыта разработки и расчета основных характеристик усилительных каскадов.

Общие затраты времени на выполнение курсовой работы и оформление пояснительной записки составило почти три недели, т.к. параллельно с этой работой приходилось очень много делать домашних заданий по другим предметам.

Данная курсовая работа помогла более полно разобраться в методике расчета усилительных каскадов, которая будет полезна в моей будущей инженерной деятельности.


Список литературы


Электроника: Методические указания к выполнению курсовой работы/ В.И. Елфимов, Н.С. Устыленко. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2002. 37 с

Полупроводниковые приборы. Транзисторы малой мощности: Справочник/ Под ред. А.В. Голомедова. 2-е изд., стереотип. М.: Радио и связь, изд. фирма "Куб-ка", 1994. 384 с.


Приложение1. Перечень элементов

Поз. обозна-чение

Наименование


Кол.


Примечание

1 2 3 4

Резисторы





R1 МЛТ-0,125-2кОм±10% 1




R2 МЛТ-0,125-82Ом±10% 1




МЛТ-0,125-390Ом±10% 1




МЛТ-0,125-680Ом±10% 1









Транзистор





VT ГТ330Ж 1




















Изм Лист № докум. Подп Дата
Разраб. Шарафгалиева Т.В.

Схема электрическая принципиальная цепи питания транзистора

Перечень элементов

Лит. Лист Листов
Пров. Елфимов В.И.





1 2





УГТУ-УПИ

Р-224б

Н. контр.




Утверд.




Приложение 2. Принципиальная схема усилительного каскада


Усилительный каскад на биполярном транзисторе














Изм Лист № докум. Подп Дата
Разраб. Шарафгалиева И. Ф.

Схема электрическая принципиальная

цепи питания транзистора

Лит. Лист Листов
Пров. Елфимов В.И..


К

2 2





УГТУ-УПИ

Р-224

Н. контр.




Утверд.





Похожие работы:

  1. • Расчет корректирующих цепей широкополосных усилительных ...
  2. • Одиночные усилительные каскады на биполярных ...
  3. • Расчет корректирующих цепей широкополосных усилительных ...
  4. • Расчет элементов высокочастотной коррекции усилительных ...
  5. • Расчет параметров и режимов работы транзисторных ...
  6. • Биполярные транзисторы
  7. • Расчет усилителя на биполярном транзисторе
  8. • Усилительные каскады в области высоких частот
  9. • Усилительные каскады переменного тока на ...
  10. • Усилитель модулятора системы записи компакт-дисков
  11. • Усилительные каскады в области высоких частот
  12. • Блок усиления мощности нелинейного локатора
  13. • Расчет усилительного резистивного каскада на ...
  14. • Усилитель модулятора лазерного излучения
  15. • Усилитель приемной антенной решетки
  16. • Широкополосный усилитель калибровки радиовещательных станций
  17. • Широкополосный усилитель мощности
  18. • Усилитель-корректор
  19. • Усилитель корректор
Рефетека ру refoteka@gmail.com