Схемотехника. Курсовая работа по дисциплине Основы схемотехники

• Название: Курсовая работа по дисциплине Основы схемотехники
• Дата: 30.11.2021
• Размер: 438.34 Kb.
• Имя файла: Схемотехника.docx
• Тип: Курсовая; #286501

Федеральное агентство связи

ФГОБУ ВПО «Сибирский государственный университет
телекоммуникаций и информатики»

Уральский технический институт связи и информатики (филиал)

РАСЧЁТ УСИЛИТЕЛЕЙ НА БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ

Курсовая работа по дисциплине «Основы схемотехники»

Пояснительная записка

11.03.02 000000 426 ПЗ

Руководитель		В.А. Матвиенко
канд. техн. наук, доцент
Студент группы ОЕ-31б		Д.Д. Сенаторов

Екатеринбург

2015

СОДЕРЖАНИЕ

Курсовая работа по дисциплине «Схемотехника телекоммуникационных устройств» заключается в расчете типового усилительного каскада на биполярном транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером. 3

1. Техническое задание 4

2. Выбор режима работы транзистора 6

3. Расчет делителя в цепи базы 9

4. Определение h-параметров транзистора 11

5. Расчет параметров элементов схемы замещения транзистора 14

Введение

Курсовая работа по дисциплине «Схемотехника телекоммуникационных устройств» заключается в расчете типового усилительного каскада на биполярном транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером.

Целью курсовой работы является

• 
  закрепление теоретических знаний, полученных при изучении дисциплины;
  
• 
  формирование углубленного понимания физических процессов в усилительных устройствах;
  
• 
  изучение методов расчета усилительных устройств и их основных параметров;
  
• 
  ознакомление с элементной базой телекоммуникационных устройств;
  
• 
  получение навыков информационного поиска и пользования справочной информацией;
  
• 
  ознакомление с системой стандартизации и приобретение опыта применения стандартов в практической деятельности;
  
• 
  усвоение правил составления и оформления технической документации.
  

Исходные данные к курсовой работе включают:

• 
  тип транзистора;
  
• 
  номинальное напряжение источника питания;
  
• 
  сопротивление резистора в цепи коллектора;
  
• 
  сопротивление нагрузки каскада.
  

1. Техническое задание

1. Тип активного элемента	Биполярный транзистор
2. Схема включения активного элемента	С общим эмиттером
3. Используемый активный элемент	КТ301Е
4. Напряжение источника питания, Eп	12 В
5. Номинал резистора в цепи, Rк	1,8 кОм
6. Номинал резистора в выходной цепи, Rн	2,4 кОм

Транзистор КТ301Е – кремниевый планарный n-p-n транзистор, предназначенный для усиления и генерирования колебаний на частотах до 60 МГц. Корпус металлический, герметичный, с гибкими выводами. Масса транзистора не более 0.5 г.
Максимально допустимые параметры

(гарантируются при температуре окружающей среды Т_С= -55…85^о С):
Постоянный ток коллектора: I_{К max}=10 мА

Постоянный ток эмиттера: I_{Э max}=10 мА

Постоянное напряжение эмиттер – база: U_{ЭБ max}=3 В

Постоянное напряжение коллектор – база: U_{КБ max}=20 В

Постоянное напряжение коллектор – эмиттер при к.з. между Э и Б:

U_{КЭК max}=20 В

Постоянная рассеиваемая мощность коллектора при Т_к = -55…+60 ^оС:

P_{К max}=150 мВт

Температура перехода: Т_{П max}=120^о С

Тепловое сопротивление переход-корпус: R_{т п-к} = 0.6 ^оС/мВт

Допустимая температура окружающей среды: -55≤Т_max ≤+85, ^оС
Классификационные параметры транзистора представлены в таблице 1.


Таблица 1 - Классификационные параметры транзистора КТ301Е.

Наименование	Обозначение	Значения		Режимы измерения
		Min	Max	Uк, В	Uэ, В	Iк, мА	Iб, мА	Iэ, мА	f, МГц
Обратный ток коллектора, мкА	IКБО		10	20
Обратный ток эмиттера, мкА	IЭБО		10		3
Напряжение насыщения коллектор-эмиттер, В	UКЭ нас		3			10	1		10-5
Напряжение насыщения база-эмиттер, В	UБЭ нас		2.5			10	1		10-5
Модуль коэффициента передачи тока на высокой частоте	ǀh21Эǀ		1.5	10				1.5	20
Статистический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ	h21Э	40	120	10				3
Постоянная времени цепи обратной связи, нс	τк		4.5	10				2	2
Максимальная частота генерации, МГц	fmax	60		10				3

2. Выбор режима работы транзистора

На семействе выходных характеристик транзистора построим нагрузочную прямую по постоянному току. Сопротивление в цепи эмиттера возьмём из соотношения (1)

R_Э = 0.2 R_К (1)

R_Э = 0.2*R_К=0.2 1.8=0.36 кОм
Такое сопротивление обеспечит достаточно высокую стабильность рабочей точки и не сильно уменьшит коэффициент использования напряжения источника питания.

После расчета сопротивления R_Э ближайшее стандартное значение по ряду Е24– 0.36кОм.

В последующих вычислениях используем стандартное значение сопротивления R_Э.

Далее рассчитаем напряжение коллектор-эмиттер в рабочей точке U_КЭ рт.(2):


(2)




Будет удобнее, если рабочая точка совпадет с одной из выходных характеристик семейства, поэтому в качестве рабочей точки выберите ближайшую к рассчитанному значению U_КЭрт точку пересечения нагрузочной прямой по постоянному току с одной из характеристик семейства.

Определим ток коллектора I_К по формуле (3):

(3)



Нагрузочную прямую построим по двум точкам:

- при I_к=0, =>U_кэ = Е_{п ,} I_к=0, => U_кэ=12В;

- при U_кэ=0, => I_к =E_п/(R_к+R_э), U_кэ=0,=> I_к=5.56 мА.
Рабочую точку (РТ) выберем в точке пересечения нагрузочной прямой по постоянному току с одной из выходных характеристик транзистора.


Рисунок 1 – Выбор рабочей точки на семействе выходных характеристик.


Рисунок 2 – Выбор рабочей точки на входной характеристике.

Определим параметры рабочей точки (РТ):

U_КЭрт= 3.9 В

I_Крт= 4 мА

U_БЭрт= 0.55 В

I_Брт=0.05мА

3. Расчет делителя в цепи базы

Рассчитать сопротивления делителя R_Б1, R_Б2 в цепи базы. Чем больше будет сквозной ток делителя I_Д = E/(R_Б1 + R_Б2), тем стабильнее будет режим работы при замене транзистора и изменении температуры окружающей среды, но тем больше будет ток, потребляемый каскадом от источника питания, поэтому сквозной ток делителя выбирают из компромиссных соображений. На практике сквозной ток делителя выбирают из условия (4).

I_Д = (3÷10) I_{Б рт}. (4)
I_Д =0.05 9=0.45 мА
Рассчитаем сопротивление резистора R_Б2 согласно закону Ома (5)
(5)
Для чего определим напряжение U_Rэ по формуле (6):
U_Rэ = I_Эрт R_Э = (I_Крт + I_Брт) R_Э (6)
U_Rэ = (4+0.05)10^-3 0.36 10³=1.458 В
Подставив результаты в формулу (5) вычислим R_Б2:

Из ряда Е24 выбираем номинальное значения сопротивления равное

R_Б2= 4.3 кОм.

Пересчитаем ток делителя по формуле (7).


Тогда сопротивление резистора R_Б1 (8):


Из ряда Е24 выбираем подходящие значения сопротивления равное

= 20 кОм.

4. Определение h-параметров транзистора

По статическим характеристикам транзистора можно определить три из четырех h-параметров: входное сопротивление h_11Э, статический коэффициент передачи тока базы транзистора h_21Э и выходную проводимость h_22Э.

Входное сопротивление определим по формуле (9).



Рисунок 3 – Определение приращения напряжения база-эмиттер и тока базы.

Статистический коэффициент передачи тока базы транзистора (10):




Рисунок 4 – Определение приращения тока коллектора и тока базы.

Выходная проводимость, измеряемая при холостом ходе транзистора (11):

(11)



Рисунок 5 – Определение приращения тока коллектора и напряжения коллектор-эмиттер.


Четвертый параметр – коэффициент обратной связи по напряжению h_12Э по приводимым статистическим характеристикам определить невозможно. У маломощных транзисторов коэффициент связи по напряжению

h_12Э=(1÷10) 10-4

5. Расчет параметров элементов схемы замещения транзистора

Физическая малосигнальная высокочастотная схема замещения биполярного транзистора (схема Джиаколетто) представлена на рисунке 6.

Рисунок 6 – Схема замещения биполярного транзистора (схема Джиаколетто).
Емкость коллекторного перехода при напряжении коллектор-база U_КБ=U_КБрт определяется по формуле (12).


где - емкость коллекторного перехода при напряжении коллектор-база