1.6. Расчет параметров элементов схемы замещения транзистора

Рассчитаем физические малосигнальные параметры П-образной схемы

Рис. 7 схема замещения биполярного транзистора.

замещения биполярного транзистора (рис. 7). Эта схема известна также в литературе под названиями «гибридная схема замещения» и «схема замещения Джиаколетто».

Емкость коллекторного перехода при напряжении коллектор-база U_КБ = U_КБ рт:

,

где   – емкость коллекторного перехода при напряжении коллектор-базаU_КБ = . Значенияивозьмите из справочника, причем значение– из той же строки справочника, что и(колонка «Режимы измерения»).

Напряжение коллектор-база в рабочей точке U_КБ рт рассчитаем по формуле:

U_КБ рт = E – I_К ртR_К – (I_К рт +I_Б рт)R_Э – U_БЭ РТ= 24 – 6,4*1,6 – (6,4 +0,04)0,33 – 0,65 =11В

Выходное сопротивление транзистора

Сопротивление коллекторного перехода транзистора

Сопротивление эмиттерного перехода транзистора для тока эмиттера

Ом.

Сопротивление эмиттерного перехода транзистора для тока базы

Сопротивление базы транзистора

,

Диффузионная емкость эмиттерного перехода

,

где  f_гр – граничная частота коэффициента передачи тока– частота, на которой модуль коэффициента передачи тока базы в схеме с общим эмиттером |h_21Э| = 1 (для граничной частоты часто используется международное обозначение f_т).

Крутизна транзистора

А/В

Следует иметь в виду, что формулы являются приближенными, и реальные значения параметров могут заметно отличаться от  рассчитанных по этим формулам.

1.7. Расчет основных параметров каскада

Коэффициент усиления по напряжению:

Коэффициент усиления по току:

Коэффициент усиления по мощности:

Входное сопротивление каскада:

Выходное сопротивление каскада:

1.8. Оценка нелинейных искажений каскада

Построим нагрузочную прямую по переменному току, которая будет проходить через рабочую точку и точку B (рис. 8) с напряжением

Оценим максимальную амплитуду выходного напряжения каскада U_ВЫХ m с учетом «подтягивания» рабочей точки к ближайшей выходной характеристике. Максимальная амплитуда U_ВЫХ m будет равна меньшему из двух напряжений: напряжения в рабочей точке U_КЭ рт и разности напряжений U_B – U_КЭ рт (рис. 7).

Рис. 8 выходная характеристика

Рис. 9 входная характеристика

Построим сквозную характеристику каскада – зависимость тока коллектора i_К от напряжения база-эмиттер u_БЭ, для чего предварительно заготовьте следующую таблицу:

IБ, мкА	0	10	20	30	40	50	60	70	80
UБЭ, В	0,51	0,58	0,62	0,645	0,65	0,655	0,66	0,665	0,67
IК, мА	0,1	1,2	3,1	4,8	6,4	8,3	10,1	11,7	13,6

Сквозную характеристику строят по нагрузочной прямой по переменному току. Количество столбцов в таблице будет равно количеству точек пересечения нагрузочной прямой по переменному току с выходными характеристиками транзистора. В таблице ΔI_Б – шаг по току базы, с которым приведены выходные характеристики в справочнике.

Каждую точку пересечения нагрузочной прямой по переменному току с выходными характеристиками транзистора спроецируйте на ось токов. Полученные значения тока коллектора i_К1 – i_К6 занесем в таблицу.

Используя пары значений U_БЭ, I_К из таблицы, построим сквозную характеристику каскада рис. 8, и определим наибольшую амплитуду входного сигнала U_БЭm.

Рис. 8 сквозная характеристика

При подаче на вход каскада гармонического колебания с амплитудой U_БЭm напряжение база-эмиттер будет изменяться в пределах от U_{БЭ рт} – U_БЭm (точка A на рис.8) до U_{БЭ рт} + U_БЭm (точка B на рис.8). При увеличении амплитуды входного напряжения U_БЭm точки A и B будут удаляться от рабочей точки симметрично по оси напряжений. Найдем такое положение точек A и B, при котором они будут максимально удалены от рабочей точки, но не будут заходить на явно нелинейные участки сквозной характеристики. Нанесем точки A и B на график сквозной характеристики и запишите полученное значение максимальной амплитуды входного сигнала U_БЭm.

Оценим нелинейные искажения, вносимые каскадом, при максимальной амплитуде входного напряжения. Для оценки нелинейных искажений воспользуемся методом пяти ординат, который называют также методом Клина. Метод пяти ординат позволяет приближенно найти амплитуды первых четырех гармоник выходного колебания каскада и соответствующие коэффициенты гармоник.

Для использования метода пяти ординат постройте на сквозной характеристике точки C и D, которые должны быть удалены от рабочей точки на половину амплитуды напряжения входного сигнала. В результате на сквозной характеристике получите пять равноудаленных по оси напряжений точек A, B, РТ, C и D, ординаты которых i_A, i_B, I_К рт, i_C, i_D, используются при расчете коэффициентов гармоник.

i_A=3,7

i_B=13,6

i_C=4,4

i_D=10

I_{k Рт}=6,4

Коэффициент второй гармоники:

Коэффициент третьей гармоники:

Коэффициент четвертой гармоники:

Интегральный коэффициент гармоник: