Расчет усилительного каскада на биполярном транзисторе, выполненного по схеме с общим эмиттером

Размещено на http://www.allbest.ru/

Курсовая работа

по дисциплине «Основы схемотехники»

на тему:

«РАСЧЁТ УСИЛИТЕЛЬНОГО КАСКАДА НА БИПОЛЯРНОМ ТРАНЗИСТОРЕ, ВЫПОЛНЕННОГО ПО СХЕМЕ С ОБЩИМ ЭМИТТЕРОМ»

Цель работы: закрепить практические навыки расчета и измерения технических характеристик усилительных каскадов путем расчета усилительного каскада на биполярном транзисторе BSX20, выполненном по схеме с общим эмиттером

1. Расчёт параметров транзистора BSX20

1.1 Построение семейства статических входных и выходных характеристик транзистора BSX20, соответствующих схеме с ОЭ.

Снятие семейства входных характеристик транзистора BSX20, соответствующих схеме с ОЭ I_б = f(U_бэ) при U_кэ = 0 В и U_кэ = 10 В.

Для этого собрали схему 1 для измерения параметров транзистора.

Схема 1. Снятие семейства входных характеристик транзистора

Полученные значения I_Б и U_БЭ сведем в таблицу 1. По ним построим семейство статических входных характеристик транзистора BSX20.

Таблица 1.

Семейство статических входных характеристик транзистора BSX20 соответствующих схеме с ОЭ I_б = f(U_бэ) при U_кэ = 0 В и U_кэ = 10 В.

По соответствующим данным построим график I_б = f(U_бэ) входных характеристик транзистора (график 1).

Снятие семейства выходных характеристик транзистора, соответствующих схеме с ОЭ I_к = f(U_кэ) при I_б = const.

Для этого соберем схему 2 для измерения параметров транзистора.

Схема 2. Снятие семейства выходных характеристик транзистора

Полученные значения тока коллектора транзистора I_к и напряжения между коллектором и эмиттером транзистора U_кэ при постоянном значении тока базы I_б = 25 мкА; I_б = 50 мкА; I_б = 75 мкА; I_б = 100 мкА; I_б = 125 мкА; I_б = 150 мкА сведем в таблицу 2. По ним построим семейство статических входных характеристик I_к = f(U_кэ) при I_б = const транзистора BSX20.

Таблица 2.

Семейство статических выходных характеристик транзистора BSX20 соответствующих схеме с ОЭ I_к = f(U_кэ) при I_б = const.

По соответствующим данным построим график I_к = f(U_кэ) выходных характеристик транзистора (график 2).

1.2 Определение h - параметров транзистора BSX20 графическим путём с помощью полученных вольтамперных характеристик транзистора для схемы с общим эмиттером

Определим параметр h_11э из семейства входных характеристик транзистора BSX20 I_б = f(U_бэ), полученных в пункте 1.1.1. По заданному току базы покоя I_бп=50 мкА, который определяет статический режим работы транзистора, на входной характеристике, соответствующей U_кэ=10 В, найдем рабочую точку "А", соответствующую этому току. Координаты точки "А": I_бп=50 мкА, U_бэп=641 мВ. Выберем вблизи рабочей точки "А" две вспомогательные точки приблизительно на одинаковом расстоянии и определим приращение тока базы ДI_б и напряжения ДU_бэ, по которым найдем дифференциальное сопротивление по формуле:

Из графика 1 получим, что I_б1=30 мкА, I_б2=80 мкА, U_бэ1=610 мВ, U_бэ2=654 мВ. Тогда h_11э определится:

Определим параметр h_12э из семейства входных характеристик транзистора BSX20 I_б = f(U_бэ), полученных в пункте 1.1.1. Для этого из рабочей точки "А" проведем горизонтальную линию до пересечения с характеристикой, снятой при U_кэ=0В. Приращение напряжения между коллектором и эмиттером транзистора BSX20 определим по формуле:

ДU_кэ= U_кэ2 - U_кэ1=10В - 0В=10В

Этому приращению ДU_кэ соответствует приращение напряжения между базой и эмиттером транзистора:

ДU_бэ= U_бэп - U_бэ3=641мВ - 464мВ=177мВ

Параметр h_12э определим из формулы:

Определим параметр h_21э из семейства выходных характеристик транзистора BSX20 I_к = f(U_кэ) при I_б = const. Найдем рабочую точку "А" на выходных характеристиках транзистора как точку пересечения прямой нагрузки (Е_к = 5В, R_к = 620 Ом) с выходной ветвью ВАХ для I_бп = 50 мкА.

По оси токов I_к откладываем значение Е_к/ R_к = 8,06 мА

По оси напряжения U_кэ откладываем Е_к = 5В

Получаем следующие координаты рабочей точки "А": I_кп =3,1 мА, U_кэ=3 В. Проведем из рабочей точки вертикальную прямую до пересечения с ветвями ВАХ при I_б1 = 25 мкА и I_б3 = 75 мкА. Рассчитаем приращение тока базы ДI_б, взятого вблизи заданного значения тока базы I_бп, по формуле:

ДI_б = I_б3 - I_б1=75 мкА - 25 мкА=50мкА

Приращению ДI_б будет соответствовать приращение коллекторного тока, которое можно вычислить по формуле:

ДI_к = I_к2 - I_к1=4,3 мА - 1,8 мА = 2,5 мА

Параметр h_21э определим из формулы:

Определим параметр h_22э из семейства выходных характеристик транзистора BSX20 I_к = f(U_кэ) при I_б = 50 мкА. Для этого на ветви характеристики при I_бп = 50 мкА вблизи рабочей точки "А" выберем две вспомогательные точки приблизительно на одинаковом расстоянии и определим приращение напряжения между коллектором и эмиттером транзистора:

ДU_кэ = U_кэ2 - U_кэ1= 5В - 1В = 4 В

U_кэ вызывает приращение коллекторного тока:

ДI_к=I_к4 - I_к3=3,15мА - 3,05мА = 0,1 мА

Тогда параметр h_22э будет равен:

1.3 Найдем входное и выходное сопротивление транзистора BSX20 по формулам:

1.4 Определим коэффициент передачи по току транзистора BSX20 в

2. Расчет параметров элементов усилительного каскада с ОЭ

2.1 Расчет резистивных элементов каскада

Определение тока делителя в режиме покоя

Определение суммарного сопротивления, задающего режим покоя.

Определение напряжения на сопротивлении R_э.

Определение значения резистивных элементов (в соответствии с рядом номиналов сопротивлений Е24).

В соответствии с рядом значений сопротивлений Е24 получим, что

В соответствии с рядом значений сопротивлений Е24 получим, что

В соответствии с рядом значений сопротивлений Е24 получим, что

2.2 Расчет емкостных элементов каскада

Определение емкости конденсатора, шунтирующей сопротивление R_э по переменному току.

В соответствии с рядом значений Е24 получим, что С_э = 24 мкФ.

Определение емкостей разделительных конденсаторов.

В соответствии с рядом значений Е24 получим, что С_р1 = С_р2 = 9 мкФ.

2.3. Используя найденные параметры элементов, соберем схему 3 усилительного каскада на биполярном транзисторе BSX20, выполненном по схеме с общим эмиттером

R1 заменим реостатом с номинальным сопротивлением равным 2·R1=13,6 кОм, в соответствии с рядом значений сопротивлений Е24 получим, что 2·R1=13 кОм. Установим U_вх = 0 (условие, при котором входной сигнал отсутствует) и будем добиваться режима покоя (, U_бэп), изменяя сопротивление переменного резистора R1.

Схема 3. Усилительный каскад на биполярном транзисторе BSX20 с ОЭ в режиме покоя

Подстроенное значение R1=6,37 кОм

3. Определение параметров усилительного каскада.

Измерим входное сопротивление усилительного каскада на биполярном транзисторе BSX20, выполненном по схеме с общим эмиттером. Для этого сначала подадим на вход схемы 3 сигнал 5 мВ при f_ср=10 кГц и снимем значения U_вх и U_вых (схема 4).

Схема 4. Усилительный каскад на биполярном транзисторе BSX20 с ОЭ в режиме холостого хода

Входное напряжение усилительного каскада U_вх=4,031 мВ

Выходное напряжение усилительного каскада U_вых=236,8 мВ

Затем во входную цепь схемы 4 добавим последовательно переменный резистор и будем изменять его сопротивление до значения, при котором вольтметр, установленный во входной цепи каскада, покажет значение U = U_вх/2.

Схема 5. Измерение входного сопротивления

Полученное значение переменного сопротивления и будет равно входному сопротивлению усилителя: R_вх=510 Ом.

Определим выходное сопротивление усилительного каскада. Для этого установим в выходную цепь каскада переменный резистор и будем изменять его сопротивление до значения, при котором вольтметр, установленный в выходной цепи каскада, покажет значение напряжения U = U_вых/2 (схема 6).

Схема 6. Измерение выходного сопротивления

транзистор сопротивление каскад напряжение

Полученное значение переменного сопротивления и будет равно выходному сопротивлению усилителя: R_вых=610 Ом.

По показаниям вольтметров и амперметров, расположенных во входной и в выходной цепях каскада, включенного в режиме согласования (схема 6), найдем значения коэффициентов усиления каскада:

- коэффициент усиления по мощности

Рассчитаем входное и выходное сопротивление, а также коэффициенты усиления через h - параметры транзистора BSX20.

Построим амплитудно-частотную характеристику усилительного каскада, собранного на транзисторе BSX20 по схеме с ОЭ. По графику определим максимальное значение коэффициента усиления по напряжению по напряжению и полосу пропускания Дf.

- максимальное значение коэффициента усиления по напряжению

граничные значения коэффициентов усиления по напряжению

Полоса пропускания:

Дf = fв - fн = 4,536 МГц - 541,116 кГц = 4,022 МГц

Вывод

я закрепила практические навыки расчета и измерения технических характеристик усилительных каскадов путем расчета усилительного каскада на биполярном транзисторе BSX20, выполненном по схеме с общим эмиттером.

В ходе работы были сняты и построены входные и выходные характеристики биполярного транзистора BSX20, выполненного по схеме с общим эмиттером, рассчитаны h - параметров транзистора (h_11э=880 Ом, h_12э=17,7·10^-3, h_21э=50, h_22э=26·10^-6 См), также были рассчитаны элементы усилительного каскада и смоделирована схема в программе Electronics Workbench.

Определив основные технические показатели и характеристики усилительного каскада и смоделировав схему, я получила следующие характеристики каскада: входное сопротивление усилителя R_вх=510 Ом (теоретически сотни Ом - единицы кОм), выходное сопротивление усилителя R_вых=610 Ом (теоретически сотни Ом - единицы кОм), коэффициенты усиления по напряжению и по току - (теоретически десятки-сотни); (теоретически десятки-сотни), коэффициент усиления по мощности - (теоретически сотни-десятки тысяч).

Построив АЧХ усилительного каскада, я измерила полосу пропускания, она получилась равной: Дf = f_в - f_н = 4,022 МГц.

Размещено на Allbest.ru