Курсовая работа: Графоаналитический расчёт и исследование полупроводникового усилительного каскада
1. Выбор параметров усилительного каскада
Выбор параметров усилительного каскада осуществлён согласно номеру варианта из приложения А, а также приложений В и Г, где определён тип транзистора (Uкэ доп=20 В, Iк доп=50 mА)
1. Тип транзистора | МП-20А | p-n-p |
2. ЭДС источника питания | Ек | 20 В |
3. Сопротивление нагрузки | Rк | 0,68 кОм |
4. Сопротивление эмиттерного резистора | Rэ | 0,33 кОм |
5. Амплитудное значение напряжения сигнала | Uвхm | 0,08 В |
6. Частота сигнала | f | 400 Гц |
Рис. 1. Одиночный транзисторный каскад усиления
Рис. 2. Схема транзистора
Для усилительного каскада выбрана схема включения транзистора с общим эмиттером. Входной сигнал прикладывается к выводам эмиттера и базы, а источник питания коллектора включён между выводами эмиттера и коллектора. Таким образом, эмиттер является общим электродом для входной и выходной цепей. Входным током является малый по величине ток базы, выходным током – ток коллектора. В схеме с общим эмиттером можно получить коэффициент прямой передачи тока порядка нескольких десятков.
2. Построение входной и выходной статистических характеристик транзистора
На рисунке 3, выполненном на миллиметровой бумаге, построены входная и выходные характеристики транзистора МП-20А. Для схемы с общим эмиттером статической входной характеристикой является график зависимости тока базы Iб от напряжения Uбэ при постоянном значении Uкэ: Iб=f(Uбэ) при Uкэ=const. Выходные характеристики транзистора для схемы с общим эмиттером представляют собой зависимости тока коллектора от напряжения между коллектором и эмиттером при постоянном токе базы. Iк=φ(Uкэ) при Iб=const. Крутизна выходных характеристик на начальном участке от Uкэ=0 до |Uкэ| = |Uбэ| =0,08 В велика. На участке |Uкэ| > |Uбэ| крутизна характеристик уменьшается, и они идут почти параллельно оси абсцисс. Положение каждой из выходных характеристик зависит, главным образом, от величины тока базы.
Значения токов базы рассчитывается, начиная с самой нижней кривой, соответствующей I0б=0. Значение ∆ Iб=0,1 мА приведено в правом верхнем углу графиков выходных статических характеристик приложения В. Следовательно:
I0б | 0 | I0б=0 мА |
Iб1= I0б+∆ Iб | 0+0,1 | Iб1=0,1 мА |
Iб2= Iб1 +∆ Iб | 0,1+0,1 | Iб2=0,2 мА |
Iб3= Iб2 +∆ Iб | 0,2+0,1 | Iб3=0,3 мА |
Iб4= Iб3. +∆ Iб | 0,3+0,1 | Iб4=0,4 мА |
Iб5= Iб4+∆ Iб | 0,4+0,1 | Iб5=0,5 мА |
3. Построение нагрузочной прямой для режима постоянного тока в цепи коллектора
Нагрузочная прямая представляет собой траекторию движения рабочей точки транзистора при изменении уровня входного сигнала. В основе построения лежит решение уравнения динамического режима транзистора относительно тока коллектора. Сперва строим нагрузочную прямую для режима постоянного тока в цепи коллектора (прямая АВ на рис. 3.) При отсутствии входного сигнала, т.е. переменного напряжения Uвх заданной частоты, в коллекторной цепи будет протекать только постоянный ток коллектора Iк, и установится баланс напряжений, определяемый законом Кирхгофа:
Ек = URK + Uкэ + UR Э = IK RK + UКЭ +IЭ КЭ (1)
Отсюда напряжение, снимаемое с коллектора транзистора (выходное для него):
Uкэ = Ек – URK -UR Э = EK – Ik Rk -IэRэ (2)
Для упрощения рассуждений пренебрежем известным соотношением IЭ =IK +IБ > IK , и, поскольку ток базы IБ «Iк, примем IK «IЭ . Тогда выражение (2) примет вид:
UКЭ = Ек – URK -UR Э = Ек – Iк'Rк – IK Rэ = Eк – Iк (Rк+Rэ) (3)
Выражение (3) называется уравнением динамического режима работы транзистора, показывающее, что напряжение на выходе транзистора UКЭ изменяется при любых изменениях тока коллектора IK .
Разрешив уравнение (3) относительно тока IK , получим:
(4)
Уравнение (4) позволяет построить нагрузочную прямую транзистора по постоянному току.
Приравнивая нулю значения UКЭ (транзистор открыт), получим:
Iк=Ек/(Rк+Rэ)=20/(680+330)=0,0198А=19,8 мА – точка А на оси ординат.
Приравнивая нулю значения Iк (транзистор закрыт), получаем:
Ек/(Rк+Rэ)=Uкэ/(Rк+Rэ)=> Ек=Uкэ=20 В-точка В на оси абсцисс.
Соединив точки, получаем искомую нагрузочную прямую АВ для режима постоянного тока в цепи коллектора (рисунок 3).
Примечание: эти точки – теоретические, поскольку транзистор в принципе не может быть открыт до уровня нулевого сопротивления перехода коллектор – эмиттер, которое мало, но RКЭ ≠ 0,поэтому не может быть и UКЭ = IR RКЭ равным нулю. Это же можно сказать и о закрытом состоянии транзистора, для которого ток коллектора очень мал, но Iк≠ 0.
4. Построение динамической переходной характеристики для режима постоянного тока
Пользуясь графиками входной характеристики и нагрузочной прямой найдем геометрическое решение уравнения IK =f(IБ ) в динамическом режиме, представляющее собой переходную динамическую характеристику
--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--