Требования к оформлению курсовых проектов

Выполнив очередной курсовой проект, студенты составляют письменный отчёт, который представляется преподавателю и защищается. Образец оформления титульной страницы курсового проекта приведён в приложении. В содержание отчета обязательно должны входить:

1. Перечень использованного оборудования и измерительных приборов.

2. Исследуемые электрические схемы.

3. Необходимые расчётные формулы и результаты вычислений.

4. Таблицы с данными измерений.

5. Графики снятых или рассчитанных зависимостей (на миллиметровой бумаге).

П р и м е ч а н и е: при вычерчивании графиков на осях координат необходимо указывать обозначения откладываемых величин, единицы их измерений (в масштабе, удобном для анализа зависимостей).

6. Выводы, вытекающие из сравнения экспериментальных данных и результатов теоретических расчётов (в виде таблиц и пр.).

Задания, отмеченные знаком^, являются необязательными, их можно выполнить самостоятельно (в зависимости от указаний преподавателя или зав. лабораторией). Ответы на контрольные вопросы студенты излагают при защите проекта в устной или письменной форме (по усмотрению преподавателя - руководителя проекта).

Курсовой проект № 1 Усилительные каскады

Ц е л ь п р о е к т а: ознакомиться со статическими характеристиками и собственными параметрами биполярных транзисторов, изучить их основные схемы включения, рассчитать и смонтировать усилительный каскад по схеме с общим эмиттером, экспериментально определить его основные характеристики и сравнить их с рассчитанными.

Тема 1 Характеристики и параметры биполярного транзистора

1. Теоретическая часть

Биполярный транзистор представляет собой усилительный полупроводниковый прибор, содержащий два р-n перехода, включенные навстречу друг другу и имеющие общую область n- или р-типа. Обычно транзисторы создаются на основе кремния или германия с помощью внедрения в них акцепторных (элементов 3-й группы) и донорных (элементов 5-й группы) примесей. Распределение примесей таково, что создается очень тонкая (порядка нескольких микрометров) промежуточная прослойка полупроводника, например n-типа между двумя слоями полупроводника р-типа (р-n-р транзистор, рис. 1а). Эта тонкая прослойка называется базой. Существуют и биполярные транзисторы n-р-n типа (рис. 1б). Выводы транзистора называют: эмиттер (Э), база (Б), коллектор (К).

Рис.1. Условные обозначения транзисторов:

а) р-n-р типа (МП39-41, П401-403, ГТ308, ГТ402-404); б) n-р-n типа (КТ315, МП35-38)

Обозначение выводов (маркировка) некоторых типов транзисторов, используемых в данном практикуме, указано на рис. 2.

Рис. 2. Маркировка некоторых типов транзисторов

Рассмотрим работу транзистора р-n-р типа (рис. 3). На коллектор подают напряжение относительно эмиттера U_кэ порядка нескольких вольт (отрицательное для транзистора р-n-р типа). При разомкнутой цепи базы в цепи коллектора будет протекать малый ток I_ко (обратный ток коллектора), обусловленный неосновными носителями закрытого р-n перехода база-коллектор. Режим, при котором транзистор закрыт и в цепи коллектора течёт ток I_ко, называется режимом отсечки. Для обеспечения режима отсечки напряжение между базой и эмиттером должно быть равно нулю или должно быть положительным. При подаче на базу отрицательного потенциала относительно эмиттера (~ 0,5 В) переход база – эмиттер смещается в прямом направHELPлении, т.е. открывается, и основные носители эмиттера (дырки на рис. 3) проходят через открытый р-n переход в область базы, а основные носители базы (электроны) переходят в область эмиттера.

В

Рис. 3. Биполярный транзистор р-n-р типа:

электроды: Э - эмиттер, Б - база, К – коллектор; носители:  - дырки, · - электроны

силу малой толщины базы большая часть прошедших из эмиттера дырок не успевает рекомбини-ровать с электронами базы и диффундирует в область коллектора, так как именно для этих («эмиттерных») дырок коллекторный переход является уже открытым. Из области коллектора дырки идут к минусу источника питания - Е, создавая ток коллектора I_к. Другая часть дырок создает ток базы I_б. В соответствии с первым законом Кирхгофа между токами транзистора существует соотношение:

I_э = I_б + I_к. (1.1)

Обычно потенциал коллектора значительно больше потенциала базы, поэтому при достаточно малой толщине базы ток коллектора значительно превышает ток базы. Отношение изменения тока коллектора I_к к изменению тока базы I_б при фиксированном напряжении U_кэ определяет статический коэффициент усиления по току:

 = (I_к / I_б) _{Uкэ = сonst} . (1.2)

Т

Рис. 4. Входные характеристики

биполярного транзистора

ранзистор будет тем лучше выполнять свои усилительные функции (  1), чем тоньше область базы. Однако малая толщина базы ведёт и к малым пробивным напряже-ниям переходов тран-зистора. С другой стороны, толщина базы должна быть меньше длины сво-бодного пробега ос-новных носителей транзистора (для р-n-р типа - дырок), чтобы не преобладали про-цессы рекомбинации. На рис. 4 изображены входные характеристики биполярного транзистора – зависимости тока базы I_б от напряжения между базой и эмиттером U_бэ при фиксированных значениях напряжения коллектор – эмит-тер U_кэ. При постоянном потенциале базы относительно эмиттера (U_бэ) увеличение потенциала коллектора (U_кэ) приводит к уменьшению тока базы вследствие роста тока коллектора (1.1).

Рис. 5. Выходные характеристики

биполярного транзистора

На рис. 5 изображены выходные характеристики биполярного транзистора – зависимости тока коллектора I_к от напряжения между эмит-тером и коллектором U_кэ при фиксированных значениях тока базы I_б. При малых значениях U_кэ ток коллектора быстро нарас-тает с увеличением напря-жения U_кэ, а затем зави-симость I_к (U_кэ) становится значительно более пологой - транзистор входит в режим насыщения, в котором ток коллектора практически не изменяется в силу конечного числа основных носителей, вышедших из области эмиттера при данном потенциале базы. Величина тока насыщения будет увеличиваться с ростом тока базы, что соответствует большему числу основных носителей, пришедших в коллекторную область из эмиттерной.

Семейства входных и выходных характеристик позволяют полностью определить тип транзистора, режим его работы и усилительные свойства. Однако во многих случаях расчёт радиоэлектронных схем возможен на основе менее полной информации о транзисторе: на уровне его собственных параметров – статического коэффициента усиления транзистора по току  (1.2), его входного и выходного дифференциальных сопротивлений. Входное сопротивление транзистора удобнее определить по его входным характеристикам (рис. 4):

R_вх = (U_бэ / I_б) _{Uкэ = const} = (U_бэ2 – U_бэ1) / (I_б2 – I_б1) _{Uкэ = const} . (1.3)

Выходное сопротивление транзистора определяется соответственно по его выходным характеристикам (рис. 5):

R_вых = (U_кэ / I_к) _{Iб = const} = U_кэ2 – U_кэ1) / (I_к2 – I_к1) _{Iб = const} . (1.4)

В предельном случае соотношения (1.2)-(1.4) являются дифференциальными и определяются углом наклона касательных к соответствующим характеристикам. Поэтому собственные параметры , R_вх и R_вых транзистора как нелинейного элемента зависят от положения его рабочей точки (на кривых рис. 4 или рис. 5). Для более точного расчета этих параметров рекомендуется выбирать точки 1 и 2 на входных и выходных характеристиках транзистора как можно ближе друг к другу.