Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Курсовой расчет / Den / KursovikTTEL-My

.doc
Скачиваний:
136
Добавлен:
01.05.2014
Размер:
384.51 Кб
Скачать

Государственный комитет РФ по высшему образованию

Санкт-Петербургский Государственный Электротехнический

Университет им. В.И. Ульянова (Ленина)

Курсовая работа по дисциплине Твердотельная Электроника на тему:

«ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ

БИПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА В

СХЕМЕ УСИЛИТЕЛЯ НИЗКОЙ ЧАСТОТЫ»

Студент группы 2211

Захаров Д.В.

Санкт-Петербург

2005г.

Цель работы - изучение и исследование основных параметров биполярного транзистора, определяющих работу линейного усилителя низкой частоты на основе математических моделей и экспериментальных измерений.

Объект работы – биполярный транзистор П306А с p-n-p переходом и линейный усилитель низкой частоты на его основе. Транзистор П-306 А:полупроводниковый элемент с тремя электродами, который служит для усиления или переключения сигнала, состоящий из двух противоположно включенных диодов, которые обладают одним общим n-слоем.

Электрод, связанный с ним, называется базой В. Два других электрода называются эмиттером Е и коллектором С. Диодная эквивалентная схема, приведенная рядом с условным обозначением, поясняет структуру включения переходов транзистора. Обычно переход эмиттер-база смещен в прямом направлении, а переход база-коллектор в обратном. Поэтому источники напряжения должны быть включены следующим образом:

Основная особенность транзистора состоит в том, что коллекторный ток Ic является кратным базовому току Iв. Их отношение B = Ic/ Iв называют коэффициентом усиления по току.

Выданные исходные значения параметров усилителя:

Ec,(mV)

8

A

15

Ica, мА

10

Принципиальная схема усилителя:

Имеются три основные схемы включения транзистора в усилительные цепи. В зависимости от того, присоединен ли эмиттер, коллектор или база к общей точке, различают соответственно схемы с общим эмиттером, коллектором или базой. Исследуется схема с общим эмиттером.

назначение элементов схемы: R1, R2 – сопротивления делителя напряжения. Определяются исходя из выбора рабочей точки (создания требуемого напряжения на базе);

RE – резистор, реализующий обратную связь с током;

RC – резистор, используемый для получения выходного напряжения;

RE, RC –сопротивления, определяющие усиление (A=RC/RE);

Се, Са, СЕ – разделительные емкости, служащие для ограничения влияния обратной связи

на переменном сигнале.

Принцип работы:

Прикладывая входное напряжение Uе0,6В, получим коллекторный ток порядка миллиампер.

Полная схема. Упрощенное изображение.

Коэффициент усиления по напряжению: A = Ua/Ue = -S(Rc  rCE)

Входное сопротивление rE = rBE ; Выходное сопротивление ra = Rc  rCE .

Если входное напряжение повысить на небольшую величину Uе, то коллекторный ток увеличится. Поскольку выходные характеристики проходят почти горизонтально, можно сделать допущение о том, что ток Ic зависит только от UВЕ , но не зависит от U . Тогда увеличение Ic составит

Так как коллекторный ток источника напряжения протекает через сопротивление Rc, то падение напряжения на Rc тоже повышается и выходное напряжение Ua возрастает на величину

Таким образом, схема обеспечивает коэффициент усиления по напряжению-

Расчет положения рабочей точки:

    1. Расчет сопротивлений, обеспечивающих положение рабочей точки

Для исследуемых транзисторов типичное значение , тогда:

Ток делителяIR1R2 вычисляется из условия: , где

Значения искомых сопротивлений являются решениями системы уравнений:

т.о. R1=2110 (Om) , R2=289 (Om) .

2). Выбор сопротивлений по таблице номиналов:

R1=2200 (Om)

R2=300 (Om)

2). Проверочный расчет рабочей точки по статическим характеристикам транзистора:

Выходные статические характеристики

Iб=0,5 мА

Iб=0,25 мА

Iб=0,33 мА

Uкэ, В

Iк, мА

Iк, мА

Iк, мА

15

6,06

2,83

3,63

10

5,78

2,70

3,50

5

5,55

2,56

3,36

3

5,38

2,49

3,29

1

5,16

2,39

3,19

0,5

5,02

2,35

3,15

0,25

4,39

2,26

3,06

0,15

2,32

1,48

2,28

0,08

0,46

1,26

т.о.: значение рабочей точки: Uраб=529 (мВ)

Iраб=0,112 (мА)

3).Расчет значений входного-re и выходного-ra сопротивлений усилителя и разделительных емкостей Сe, CE , Ca:

Расчет входного сопротивления по переменному току-:

,где

re=60.032(om)

Расчет выходного сопротивления по переменному току-:

,где дифференциальное выходное сопротивление- при:

rce=70(kOm ) ,тогда:

ra=590,392(Om)

Расчет разделительных емкостей:

частота среза фильтров:

  1. Экспериментальная проверка работы усилителя:

Параметры рабочей точки, полученные при эксперименте:

напряжение коллектор-земля

напряжение база-земля

напряжение эммитор-земля

Амплитудная характеристика в режиме без обратной связи по току имеет нелинейный характер и большую крутизну (крутизна определяет коэффициент усиления), чем в режиме с обратной связью. Характеристика усилителя с обратной связью практически линейна. Обе зависимости сняты при Uвых<3В, это условие определяет линейный режим. Выше 3В – нелинейный.

Причина нелинейности амплитудной зависимости заключается в нелинейности передаточной характеристики. Если амплитуда входного сигнала не достаточно велика, то из-за нелинейности передаточной характеристики возникают искажения.

Обратная связь вносит отрицательный эффект в усиление сигнала, т.к. уменьшается коэффициент усиления, вследствие того, что часть выходного сигнала подается обратно на вход для противодействия входному сигналу. Таким образом, в режиме без обратной связи получили коэффициент нелинейных искажений больше, чем в режиме с обратной связью.

C другой стороны, при использовании обратной связи по току уменьшаются нелинейные искажения. Режим без обратной связи, характеризуется большим коэффициентом усиления и достигается использованием разделительной емкости.

Вывод: в работе был исследован биполярный транзистор П306А и линейный усилитель на его основе. Определены параметры рабочей точки, в которой транзистор можно рассматривать как линейный усилитель и осуществлять управление малым сигналом.

Расчет рабочей точки был проверен экспериментально. Выяснено, что при использовании сопротивлений номиналам первого класса точности напряжение коллектор-земля, база-земля, эмиттер-земля отличается от рассчитанного значения (соответственно 4,3В; 1,3В; 0,6В), не более чем на 25%. Таким образом, можно сделать вывод, что расчет рабочей точки с определенной долей погрешности рассчитан правильно.

Значение коэффициента усиления А=10 достигнуто в режиме с обратной связью на частотах порядка 0,7-8 кГц, а в режиме без обратной связи на частотах 150-2000 Гц. В режиме с обратной связью амплитудная характеристика линейна.

При анализе статических характеристик транзистора была найдена допустимая амплитуда входного и выходного напряжений: Uвх = 0,25В и Uвых = 2,5В, в пределах которой сигнал не искажается. Эти значения подтвердились при снятии амплитудной и амплитудно-частотной характеристик усилителя. При снятии характеристик на более высоких напряжениях наблюдалось сильное искажение сигнала, что связано с интенсивной рекомбинацией носителей заряда, которая обуславливает область насыщения на статических характеристиках транзистора.

Таким образом, поставленная задача решена – получен и исследован усилитель низкой частоты на основе биполярного транзистора, а также определены его основные параметры.

Соседние файлы в папке Den