курсовая работа / расчет УНЧ!!!!!!!!! / Транзистор

 

 

Лабораторная работа №2

Цель работы: знакомство с работой усилителя низкой частоты (УНЧ) на основе биполярного транзистора, его графоаналитический расчет на основе параметров и характеристик транзистора и исходных данных усилителя, полученных при экспериментальных замерах характеристик транзистора в лабораторной работе №1.

Для графоаналитического расчёта биполярного транзистора будем считать что его можно описать линейным четырехполюсником в предположении что на входе и выходе присутствуют достаточно малые сигналы, много меньшие напряжения источника питания. Для больших сигналов проявляются нелинейные свойства транзистора. Для описания транзистора используются системы Z- параметров, Y- параметров и H- параметров. В данной лабораторной работе расчёт ведётся по Н форме замещения.Система h-параметров – смешанная система, где определение параметров необходимо проводить, осуществляя режимы ХХ на входе и КЗ на выходе.

Реализуем режим ХХ на входе, тогда I₁=0 и

, а .

Осуществим режим КЗ по выходу, тогда U₂=0 и

, а .

Определим смысл h₁₁, h_12, h_21, h₂₂:

- входное сопротивление,

- коэффициент обратной связи

- коэффициент усиления по току

- выходная проводимость.

Система h - параметров является наиболее употребляемой, так как дает основную информацию о параметрах транзистора. Следует отметить, что их значения зависят от способа включения транзистора. Различают три способа включения транзистора в электрическую цепь:

Упомянутые выше характеристики строятся на основе данных, полученных при выполнении 2-ой лабораторной работы, представляющей собой исследовательскую лабораторную работу (ИЛР)

 4. Графо-аналитический расчет усилителя низкой частоты на основе биполярного транзистора.

Рассматривается усилитель низкой частоты на основе биполярного транзистора по схеме с общим эмиттером. Используется транзистор p-n-p – типа. Схема представлена на рисунке 5.

Рис 1.

На основе полученных данных из лабораторной работы №2 имеем: h₁₁=1500 (Ом ),h₂₁=45, К_U=20, U_{ист. пит}=8 (В). Задача состоит в нахождении значений R₁, R₂, R_H.

Рассчитаем R_H.Запишем передаточную функцию, связывающую входное и выходное напряжение. Будем полагать, что усилитель работает в линейном режиме, т. е. U_вых=КU_вх.

К= U_вых / U_вх

Из выражения следует, что К есть коэффициент усиления по напряжению.

Определим значение U_ВЫХ сигнала.

U_вых=ΔJ_K* R_H,

где ΔJ_K - приращение тока коллектора.

Запишем выражение для входного напряжения

U_вх=ΔJ_Б*h₁₁,

где h₁₁- входное сопротивления транзистора, ΔJ_Б - приращение тока базы, связанное с входным сигналом.

Подставим значение выходного и входного напряжений в формулу К= U_вых/U_вх, получим

K_U= ΔJ_K* R_H/ ΔJ_Б*h₁₁,

где ΔJ_K/ ΔJ_Б=h₂₁.

Окончательно запишем K_U= h₂₁ R_H/ h₁₁.

Откуда R_H, при К_U=20 получаем:

R_H = h₁₁* K_U / h₂₁

И окончательно получаем R_H =1500*20/45=666,6 (Ом).

Построим нагрузочную линию. Для её построении нам нужно иметь семейство выходных характеристик. Семейство выходных характеристик представляет собой набор кривых описываемых функцией: J_K=f(U_K) при J_б=const

То есть каждая кривая соответствует конкретному значению тока базы J_б=0.

Выделим на семействе выходных характеристик область насыщения и область отсечки.

Область насыщения включает в себя те же участки выходных характеристик, которые характеризуются максимальной нелинейностью. Область насыщения отсекается линией, параллельной оси тока коллектора.

Область отсечки ограничена с одной стороны кривой, соответствующей току базы, равному нулю, с другой стороны осью напряжений коллектора.

Т .к. усилитель должен работать в линейном режиме, то очевидно значения токов и напряжений в цепи коллектора не должны заходить в область насыщения и область отсечки. (приложении №1,Рис2)

Рассмотрим выходную цепь усилителя.

Для неё можно записать:

Данное уравнение есть, уравнение первого порядка и описывается прямой линией, для построения которой необходимо знать координаты двух точек

1 точка: пусть I_k=0, тогда U_k=U_И.П=8 (В)_.

2 точка: пусть U_k=0, тогда I_k=U_ип /R_н=8/666,6=12 мА. Построим точки на семействе характеристик. Линия проведенная через эти две точки и есть нагрузочная характеристика (линия нагрузки). (Приложение №1, рис2).

Выделим на нагрузочной линии две точки: точку А, точку пересечения нагрузочной линии с границей области насыщения, и точку В, точку пересечения нагрузочной линии с границей области отсечки. Участок АВ – рабочий участок нагрузочной характеристики.

Определим для точки А I_KA=9,5 (мА) и U_KA=1,6 (В). Для точки В также определим I_KВ=1,1 (мА) и U_KВ=7,3 (В).

Определим возможный интервал изменения напряжения на коллекторе и тока в коллекторной цепи:

ΔU_k=7,3-1,6=5,7 (B), ΔI_k=9,5-1,1=8,4 (A)

Определим положение рабочей точки. Рабочая точка есть точка С, расположенная на нагрузочной линии, характеризующаяся значениями I_КС=3,8 (мА) и U_КС=5,5 (В).

Перенесём рабочую точку С на семейство входных характеристик.

Так как нагрузочная линия пересекает выходные характеристики, а каждая выходная характеристика, определяется для конкретного тока базы, то каждая из точек пересечения соответствует определенному значению тока базы. Это позволяет проградуировать нагрузочную линию в значениях тока базы и рассматривать её как ось тока базы

Введя ось тока базы мы можем определить значение I_б – соответствующее точке С.

Определяем значение I_бС=100 (мкА).

Перейдем к рассмотрению семейства входных характеристик (Приложение №1 Рис.3).

Осуществим перенос рабочей точки С на семейство входных характеристик. Для этого на оси тока базы отметим значение тока базы, соответствующее I_БС. Проведем через точку, соответствующую I_БС, прямую параллельную оси U_бэ (Приложение №1 Рис.3)..

Эта прямая пересечет семейство входных характеристик. Каждая входная характеристика определялась для конкретного значения U_К. следовательно точки пересечения прямой линии и входных характеристик будут соответствовать конкретным значениям U_к , что позволяет совместить прямую с осью напряжений на коллекторе. На этой проградуированной оси отметим точку, соответствующую U_кС. Эта точка и будет точкой С. Перенесем таким же образом точки А и В на входные характеристики и построим по ним нагрузочную линию (Приложение №1 Рис.3). Определим для точки С: напряжениеU_бэС.

Рассчитаем делитель на входе усилителя при I_д=3,5 мА, т.к будем исходить из допущения, что

I_дел>>I_бmax>I_бС

Тогда общее сопротивление R делителя определится:

, тогда R = 8/3,5 = 2,286 кОм током базы можно пренебречь.

, тогда R₂=0,21/3,5*10^-3=60 (Ом) , R₁=R-R₂, тогда R₁=2,286*10³ –60=2226(Ом)

Проведем моделирование работы усилителя на основе биполярного транзистора.

Будем предполагать, что рассматривается схема усилителя, рассмотренная перед этим. Нам даны семейства входных и выходных характеристик для биполярного транзистора, используемого в схеме усилителя. Входной сигнал описывается соотношением:

U_вых=U₀sin wt

Будем полагать, что входной сигнал представляет собой идеальную синусоиду.

Пусть амплитудное значение равно 1или 10, тогда U_вых»sinj, а синусоиду построить достаточно легко воспользовавшись табличными значениями sinj. Обратимся к семейству входных характеристик. На семействе входных характеристик (Приложение №2 Рис.4) построена нагрузочная линия АСВ. Построенная синусоида показывает как изменяется ток базы при изменении входного сигнала.

 На втором этапе моделирования входной сигнал (синусоиду тока базы) нужно перенести на семейство выходных характеристик (Приложение №3 Рис. 5). Для этого проделаем некоторую предварительную работу. Воспользуемся тем, что нагрузочная прямая может быть представлена осью тока базы. Градуировка оси I_б достаточно проста. Каждая кривая I_б=f(U_б) соответствует конкретному значению I_б и точка пересечения с линией нагрузки соответствует этому значению I_б . проведем через точку С ось t^|| , перпендикулярную к оси I_б и перенесем на неё синусоиду тока базы с семейства входных характеристик.

 

7