Расчет усилительного тразнистора. Расчёт усилительного каскада на биполярном транзисторе, выполнен. Расчёт усилительного каскада на биполярном транзисторе, выполненного по схеме с общим эмиттером
 Скачать 0.53 Mb.
|
|
Самостоятельная работа №1 по дисциплине «Электроника и схемы 2» 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 2N2369A, выполненном по схеме с общим эмиттером Исходные данные:
1. Расчёт параметров транзистора 2N2369A 1.1 Построение семейства статических входных и выходных характеристик транзистора 2N2369A, соответствующих схеме с ОЭ. Снятие семейства входных характеристик транзистора 2N2369A, соответствующих схеме с ОЭ Iб = f(Uбэ) при Uкэ = 0 В и Uкэ = 10 В. Для этого собрали схему 1 для измерения параметров транзистора.  Рис. 1. Снятие семейства входных характеристик транзистора Полученные значения IБ и UБЭ сведем в таблицу 1. По ним построим семейство статических входных характеристик транзистора 2N2369A. Таблица 1. Семейство статических входных характеристик транзистора 2N2369A соответствующих схеме с ОЭ Iб = f(Uбэ) при Uкэ = 0 В и Uкэ = 10 В.
По соответствующим данным построим график Iб = f(Uбэ) входных характеристик транзистора (Рис.2).  Рис.2. График Iб = f(Uбэ) входных характеристик транзистора 2N2369A Снятие семейства выходных характеристик транзистора, соответствующих схеме с ОЭ Iк = f(Uкэ) при Iб = const. Для этого соберем схему 2 для измерения параметров транзистора.  Ib = const  Рис. 3. Снятие семейства выходных характеристик транзистора Полученные значения тока коллектора транзистора Iк и напряжения между коллектором и эмиттером транзистора Uкэ при постоянном значении тока базы Iб = 25 мкА; Iб = 50 мкА; Iб = 75 мкА; Iб = 100 мкА; Iб = 125 мкА; Iб = 150 мкА сведем в таблицу 2. По ним построим семейство статических входных характеристик Iк = f(Uкэ) при Iб = const транзистора 2N2369A. Таблица 2. Семейство статических выходных характеристик транзистора 2N2369A соответствующих схеме с ОЭ Iк = f(Uкэ) при Iб = const.
По соответствующим данным построим график Iк = f(Uкэ) выходных характеристик транзистора (Рис. 4).  Рис.4. График Iк = f(Uкэ) выходных характеристик транзистора 2N2369A 1.2 Определение h – параметров транзистора 2N2369A графическим путём с помощью полученных вольтамперных характеристик транзистора для схемы с общим эмиттером Определим параметр h11э из семейства входных характеристик транзистора 2N2369A Iб = f(Uбэ), полученных в пункте 1.1.1. По заданному току базы покоя Iбп=50 мкА, который определяет статический режим работы транзистора, на входной характеристике, соответствующей Uкэ=10 В, найдем рабочую точку "А", соответствующую этому току.  Координаты точки "А": Iбп=50 мкА, Uбэп=716 мВ. Выберем вблизи рабочей точки "А" две вспомогательные точки приблизительно на одинаковом расстоянии и определим приращение тока базы ΔIб и напряжения ΔUбэ, по которым найдем дифференциальное сопротивление по формуле: Из рис. 5 получим, что Iб1=25 мкА, Iб2=75 мкА, Uбэ1=686 мВ, Uбэ2=733мВ. Тогда h11э определится:   Рис.5. Графическое определение параметра h11э Определим параметр h12э из семейства входных характеристик транзистора 2N2369A Iб = f(Uбэ), полученных в пункте 1.1.1. Для этого из рабочей точки "А" проведем горизонтальную линию до пересечения с характеристикой, снятой при Uкэ=0В. Приращение напряжения между коллектором и эмиттером транзистора 2N2369A определим по формуле: ΔUкэ= Uкэ2 – Uкэ1=10В – 0В=10В Этому приращению ΔUкэ соответствует приращение напряжения между базой и эмиттером транзистора: ΔUбэ= Uбэп4 – Uбэ3=716мВ – 495мВ=221мВ  Рис.6. Графическое определение параметра h12э Параметр h12э определим из формулы:  Определим параметр h21э из семейства выходных характеристик транзистора 2N2369A Iк = f(Uкэ) при Iб = const. Найдем рабочую точку "А" на выходных характеристиках транзистора как точку пересечения прямой нагрузки (Ек = 5В, Rк = 400 Ом) с выходной ветвью ВАХ для Iбп = 50 мкА. По оси токов Iк откладываем значение Ек/ Rк = 12,5 мА По оси напряжения Uкэ откладываем Ек = 5В  Рис.7. Графическое определение параметра h21э Получаем следующие координаты рабочей точки "А": Iкп =5,52 мА, Uкэ=3 В. Проведем из рабочей точки вертикальную прямую до пересечения с ветвями ВАХ при Iб1 = 25 мкА и Iб3 = 75 мкА. Рассчитаем приращение тока базы ΔIб, взятого вблизи заданного значения тока базы Iбп, по формуле: ΔIб = Iб3 – Iб1=75 мкА – 25 мкА=50мкА Приращению ΔIб будет соответствовать приращение коллекторного тока, которое можно вычислить по формуле: ΔIк = Iк2 – Iк1=8,436 мА – 2,341 мА = 6,095 мА Параметр h21э определим из формулы:  Определим параметр h22э из семейства выходных характеристик транзистора 2N2369A Iк = f(Uкэ) при Iб = 50 мкА. Для этого на ветви характеристики при Iбп = 50 мкА вблизи рабочей точки "А" выберем две вспомогательные точки приблизительно на одинаковом расстоянии и определим приращение напряжения между коллектором и эмиттером транзистора:  Рис.8. Графический способ нахождения параметра h22э ΔUкэ = Uкэ2 – Uкэ1= 4,04В – 1,84В = 2,2 В Uкэ вызывает приращение коллекторного тока: ΔIк=Iк4 – Iк3=5,46мА – 5,56мА = 0,1 мА Тогда параметр h22э будет равен:  1.3 Найдем входное и выходное сопротивление транзистора 2N2369A по формулам:   1.4 Определим коэффициент передачи по току транзистора 2N2369A β  2. Расчет параметров элементов усилительного каскада с ОЭ  Рис.9. Схема 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 Rэ.  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 Rэ по переменному току.  В соответствии с рядом значений Е24 получим, что Сэ = 24 мкФ. Определение емкостей разделительных конденсаторов.    В соответствии с рядом значений Е24 получим, что Ср1 = Ср2 = 9 мкФ. 2.3. Используя найденные параметры элементов, соберем схему (рис.8) усилительного каскада на биполярном транзисторе 2N2369A, 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 Uвх = 0 (условие, при котором входной сигнал отсутствует) и будем добиваться режима покоя (  , Uбэп), изменяя сопротивление переменного резистора R1. Рис.8. Усилительный каскад на биполярном транзисторе 2N2369A с ОЭ в режиме покоя В режиме покоя имеем  , а Uбэп= 717 мВ. Что очень близко к заданным. Подстроенное значение R1=2,99 кОм 3. Определение параметров усилительного каскада. Измерим входное сопротивление усилительного каскада на биполярном транзисторе 2N2369A, выполненном по схеме с общим эмиттером. Для этого сначала подадим на вход схемы сигнал 5 мВ при fср=10 кГц и снимем значения Uвх и Uвых (схема 4). При этом вольтметры следует поставить в режим измерения переменного напряжения (AC).  Рис.9. Усилительный каскад на биполярном транзисторе 2N2369A с ОЭ в режиме холостого хода Входное напряжение усилительного каскада Uвх=2,544 мВ Выходное напряжение усилительного каскада Uвых=1,161 мВ Определим входное сопротивление усилительного каскада. Затем во входную цепь схемы (рис.9) добавим последовательно переменный резистор и будем изменять его сопротивление до значения, при котором вольтметр, установленный во входной цепи каскада, покажет значение U = Uвх/2 (рис.10).  Рис.10. Измерение входного сопротивления Полученное значение переменного сопротивления и будет равно входному сопротивлению усилителя: Rвх=265 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 = Uвых/2 (рис.11).  Рис.11. Измерение выходного сопротивления транзистор сопротивление каскад напряжение Полученное значение переменного сопротивления и будет равно выходному сопротивлению усилителя: Rвых=2675 Ом. По показаниям вольтметров и амперметров, расположенных во входной и в выходной цепях каскада, включенного в режиме согласования (рис.11), найдем значения коэффициентов усиления каскада:    - коэффициент усиления по мощностиПостроим амплитудно-частотную характеристику усилительного каскада, собранного на транзисторе 2N2369A по схеме с ОЭ.  Рис.12. Измерение АЧХ усилительного каскада с ОЭ  Рис.13. АЧХ усилительного каскада с ОЭ По графику определим максимальное значение коэффициента усиления по напряжению  по напряжению и полосу пропускания Δf. дБ– максимальное значение коэффициента усиления по напряжению дБ– граничные значения коэффициентов усиления по напряжениюПолоса пропускания: Δf = fв – fн = 23,878 МГц – 309 Гц = 23,569 МГц Вывод я закрепила практические навыки расчета и измерения технических характеристик усилительных каскадов путем расчета усилительного каскада на биполярном транзисторе 2N2369A, выполненном по схеме с общим эмиттером. В ходе работы были сняты и построены входные и выходные характеристики биполярного транзистора 2N2369A, выполненного по схеме с общим эмиттером, рассчитаны h – параметров транзистора (h11э=940 Ом, h12э=22,1·10-3, h21э=121,9, h22э=45,5·10-6 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 Rвх=265 Ом (теоретически сотни Ом – единицы кОм), выходное сопротивление усилителя Rвых=2675 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: Δf = fв – fн = 4,022 МГц. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||