Усилительный каскад на биполярном транзисторе (стр. 2 из 3)

- предельная частота в схеме включения транзистора с общей базой;

- максимальная частота генерации;

- предельная частота транзистора по крутизне;

7. Оцениваем частотные зависимости Y-параметров транзисторов

Определяем частотные зависимости модулей ½Y₂₁(w)½, ½Y₁₁(w)½ биполярного транзистора, воспользовавшись соотношениями:

- проводимость прямой передачи, которую определяем при коротко замкнутом для переменной составляющей выходе транзистора;

- входная проводимость, которую определяем при короткозамкнутом для переменной составляющей выходе транзистора,

где w_b= 2p¦_b, w_S = 2p¦_S .

Построим графики зависимостей ½Y₂₁(w)½ и ½Y₁₁(w)½, задаваясь значениями w (максимальное значение частоты должно быть
w³ (10 – 100)×w_S;

8. Определим сопротивление нагрузки транзистора по переменному току:

Оценим значение сопротивления нагрузки биполярного транзистора по переменному току из соотношения

(Ом);

согласуя со значением из номинального ряда, получим R_~= 240 Ом

9. Построим нагрузочную прямую транзистора по переменному току на семействе выходных характеристик

Нагрузочная прямая по переменному току проходит через точку режима покоя (I_ок, U_кэо) и через точку с координатами
I_к = 0; U_кэ = I_ок ×R_~+U_кэо = 70×10^-6×240+13,8=13,82 В

10. С использованием нагрузочной прямой по переменному току на выходных характеристиках транзистора построим сквозную характеристикуI_к = ¦(U_бэ).

Под сквозной характеристикой транзистора понимается зависимость амплитуды переменной составляющей выходного тока от значения амплитуды переменной составляющей входного напряжения. Вид сквозной характеристики транзистора представлен на рис. 6. По сквозной характеристике транзистора найдем наибольшую величину входного напряжения U_{вх. н}, при которой максимально охватывается вся переменная часть сквозной характеристики ( рис. 6, участок ВАС).

11. Определим динамические параметры усилительного каскада для двух величин амплитуды входного сигнала U_вх

U_вх1 = U_{вх. н} ; U_вх2 = U_{вх. н}/2

и двух значений сопротивления нагрузки R_н:

R_н1 = ¥; R_н2 = R_н (в соответствии с техническим заданием):

1) рассчитаем динамические параметры усилительного каскада на биполярном транзисторе с использованием графоаналитического метода:

- коэффициент усиления по току;

- коэффициент усиления по напряжению;

- коэффициент усиления по мощности, где приращение и соответствующее ему приращение определим по входной характеристике биполярного транзистора, а приращения , - по нагрузочной прямой для постоянного и переменного токов (в зависимости от значения сопротивления нагрузки) на семействе выходных характеристик вблизи режима покоя транзистора;

При U_ВХ1= U_ВХ.Н ,

а) при R_н1=¥

3,2*10⁴

б) при R_н2=R_н

2,1*10⁴

При U_ВХ2= U_ВХ.Н/2

а) при R_н1=¥

3,3*10⁴

б) при R_н2=R_н

2,8*10⁴

2) оценим динамические параметры усилительного каскада с помощью аналитических соотношений:

К_i = H_21Э/(1+Н_22ЭR_~) – коэффициент усиления по току, при R_Н = ¥ необходимо подставлять вместо R_~ значение R_К;

К_u = H_21ЭR_~/H_11Э – коэффициент усиления по напряжению, при R_Н = ¥ вместо R_~ необходимо подставлять значение R_К ;

К_p =

- коэффициент усиления по мощности, при R_Н = ¥вместо R_~ необходимо подставлять значение R_К;

а) при R_Н1 = ¥

К_i = H_21Э/(1+Н_22ЭR_К) = 45,28/(1+390*0,66*10^-4) = 44,14

К_u = H_21ЭR_К/H_11Э =45,28*390/25=706,4

К_p =

= 2050,3*390/25*(1+390*0,66*10^-4)=3,12*10⁴

б) при R_Н2 = R_Н

К_i =44,55

К_u =434,7

К_p =1,9*10⁴

12. Оценим нелинейные искажения в усилительном каскаде на транзисторе

Коэффициентом гармоник называется отношение действующего значения суммы высших гармоник выходного напряжения к действующему значению его первой гармоники:

,

где U₁, U₂, U₃ и т.д. – действующие значения отдельных гармоник выходного напряжения.

Этот коэффициент можно оценить методом пяти ординат по сквозной характеристике, который позволяет учесть влияние второй и третьей гармоник входного сигнала.

,

где

- коэффициент второй гармоники; - коэффициент третьей гармоники, определяются графически. Для этого на сквозной характеристике отмечаем пять точек (см. рис. 10), соответствующих точке покоя (нулевая амплитуда входного сигнала), наибольшей амплитуде входного сигнала U_{ВХ. Н} (с учетом обеих полуволн), половине наибольшей амплитуды входного сигнала, т.е. (1/2)U_{ВХ. Н} (тоже с учетом обеих полуволн). По этим точкам вычисляем значения отрезков , , ,

a=12мА, в=10,5мА, с=10мА

тогда

при U_ВХ2= U_ВХ.Н/2

a=6,2мА, в=6мА, с=5,5мА

тогда

13. Анализ полученных данных

Результатом выполнения данной курсовой работы является расчет основных характеристик усилительного каскада, выполненного на биполярном транзисторе.

Рассмотренный в работе усилительный каскад обладает высоким коэффициентом усиления как по напряжению, так и по току ( при U_вх1 =U_вх и R_н1 = R_н коэффициент усиления по току составил K_i=45,28, а по напряжению K_i=461,7), что позволяет использовать такие каскады, например, в более мощных усилителях.

Коэффициент гармоник при U_вх1 =U_{вх н} ; R_н1 = R_н составил 5,6

Наибольшие трудности для меня вызвало определение динамических параметров усилительного каскада графоаналитическим методом.

Наиболее полезно для меня как результат выполнения данной курсовой работы является закрепление знаний, полученных при изучении дисциплины «Электроника», а также получение опыта разработки и расчета основных характеристик усилительных каскадов.

Общие затраты времени на выполнение курсовой работы и оформление пояснительной записки составило почти три недели, т.к. параллельно с этой работой приходилось очень много делать домашних заданий по другим предметам.

Данная курсовая работа помогла более полно разобраться в методике расчета усилительных каскадов, которая будет полезна в моей будущей инженерной деятельности.