metod_15.03.02_tts_kr_2016 (Методические документы)

М. С. Родюков ЭЛЕКТРОНИКА Усилители на биполярном транзисторе с общим змиттером Методические указания по выполнению курсовой работы Москва, 2016 Оглавление Введение 8 11 1. БиполяриыЙ транзистор 1,1. Принции работы бииолирного транзистора 1.2. Включение транзистора по схеме с общим змиттером 1.3. Схема замещении бииолярного транзистора. Транзистор как четырехлолюсник. 1.4. Расчет Ь вЂ” иараметров 2. Усилительной каскад с общим змиттером (ОЗ) 2.1.

Усилители... 2,2, Усилительный каскад с ОЗ 2.3. Ре~ким работы ио иостоинному току 2.4. Термостабилизаиии усилительного каскада 2.5. 1'рафоаналитический метод расчета усилительного када 14 14 17 2О 25 Введение Важной сотавляющей подготовки современных инженеров является изучение дисциплины «Электроника», как в рамках курса «Электротехника и электроника», так и в рамках отдельного курса в цикле общепрофессиональных дисциплин (ОПД) государственных образовательных стандартов высшего профессионального образования (ГОС ВПО). Наиболее сложными разделами этого курса, являются те, которые связаны со схемотехникой аналоговых устройств.

В первою очередь это объясняется с нелинейным характером характеристик используемых элементов, относительно большим разбросом их параметров, а также сильным влиянием различных внешних факторов (в первую очередь температуры окружающей среды и самих элементов). Целью данной работы является расчет параметров усилительного каскада с общим эмиттером, работающим в классе А с температурной стабилизацией, который проводится графоаналитическим методом с использованием Л параметров транзистора. Расчет усилительного каскада на биполярном транзисторе является характерным примером„охватывающем большое количество разделов не только электроники, но и электротехники, среди которых можно выделить следующие: цепи переменного тока, нелинейные цепи, четырехполюсник„теорию обратных связей„полупроводники.

В результате выполнения данной домашней работы, студент получит базовые навыки проведения инженерных расчетов аналоговых электронных устройств. Для закрепления полученных при выполнении домашней работы навыков„ студентам рекомендуется собрать полученный в результате расчетов усилтельный каскад в виде натурного макета и проверить на нем правильность проведенных расчетов. Глава 1 Биполярный транзистор 1.1.

Принцип работы биполярного транзистора оллектор 'Рекомбииакия — процесс замсшсния электронами дырок, в результате чего исчезает пара носителей заряда»злектрои — дыр«а» исчезает. Сопровождается выделением знер1ни в виде фотона. Биполярный транзистор„это полупроводниковый прибор, состоя- База щий из двух р — п переходов и имеющий три вывода. Биполярный транзистор ~далее просто транзистор) состоит из трех чередующихся областей полупровод- Рис. 1.1.

Упрощенная структура ников„имеющих проводимость р и т» биполярного ~ранз~с~ора типов (рис. 1,1). В зависимости от их расположения различают транзисторы р — и — р и и — р — и типов. Условные графические обозначения (УГО) транзисторов обоих типов приведены на рис. 1.2. Выводы транзистора называются; 3 — эмиттер, Б — база и К вЂ” коллектор.

Направление стрелки указывает положение области с проводимостью и типа. Рассмотрим принцип действия транзистора (рис. 1.3). Переход эмиттер — база включается в прямом направление„в результате основные носители заряда попадают в базу и создают ток г базы 1ь. Концентрация основных носителей заря- Р "Р "Р " да в базе значительно меньше, чем в эмиттере и коллекторе„ поэтому в базе рекомбинирует малая часть зарядов из эмиттера„ кроме того, база выполняется достаточно узкой и основное количество зарядов, попавшее в базу из эмиттера, уже имея достаточно высокую скорость и получая дополнительное ускорение от поля перехода база-коллектор, пролетает в коллектор, создавая ток коллектора тк, значительно преВышающии ток базы )в.

Описанные физические процессы обеспечиваются конструктив- 1. Биполярнь~а транзистор ными особенностями исполнения биполярных транзисторов: 1. База выполняется слаболегированной (т.е. количество основных носителей зарядов в ней значительно меньше чем в коллекторе и эмиттере); 2. База выполняется достаточно узкой; 3. Змиттер выполняется сильнолегированным (т.

е. количество основных носителей зарядов в нем значительно больше чем в коллекторе и базе). тор Рис. 1.3. Принцип действия биполярного транзистора 1.2. Включение транзистора по схеме с общим эмитте ром В зависимости от того, какой вывод транзив стора подключен одновременно ко входу и вы- ходу схемы, различают три схемы включения 1в транзистора — с общим эмиттером (ОЭ), общей атно базой (ОБ) и общим коллектором (ОК). Наибо~1л лее широкое применение нашла схема с общим Р 4 В эмиттером (рис Работа транзистора характеризуется семей- общим вмиттером ствами входных и выходных характеристик (рис.

1.5). Эти характеристики (для по схеме с ОЭ) приводятся в справочниках по транзисторам (например 131). Входные характеристики (рис. 1,5, а) показывают зависимость тока базы (1в) от напряжения между базой и эмиттером (Ц„э), при постоянном напряжение, приложенному к коллектору (Укэ). Входные 1.3. Схема замеи1енин банолярного транзистора. Транзистор как иетыреатолюсник. 7 )гъ мА 1к, мА овэ В а,) Рнс. 1.5. Характеристики транзистора а — входные, б — выходные характеристики слабо зависят от напрюкения на коллекторе, поэтому обычно приводят две зависимости (например, в справочнике ~3) приводятся входные характеристики транзисторов при Ькэ = О и 5Б).

Выходные характеристики (рис. ).5, б) показывают зависимость тока коллектора (тк) от напрюкения между коллектором и эмиттером (!4э), при постоянном значении тока базы (1ь). Выходные характеристики приводятся для достаточно большого (5 и более) значений тока базы (1ьч, 1ьа, 7вз, и т. д.), различающихся на фиксированное значение Ыв.

1.3. Схема замещения биполярного транзистора. Транзистор как четырехполюсник. Транзистор является весьма сложным прибором и не может быть полностью опи- ь Саи ОДНОЙ вЂ” дВуМя ВЕЛИЧИНаМИ (КаК, На- й,„1„1йт„, пример, резистор или конденсатор) „характеризующие его зависимости (например приведенные на рис. 1.5) имеют слож- ный и нелинейный характер, поэтому для Рнс.

1.6. Схема замещения транзистора применяют различные схемы транзистора замеи(ения — математические модели„характеризующие некоторые его свойства с заданной точностью и в определенных пределах. 1. Биг1олярный транзистор Для транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером, работающим в малосигиальном2 (линейном) режиме„наибольшее распространение получила схема замещения„приведенная на (рис. 1.6). На данной схеме транзистор характеризуется и — параметрами линейного четырехполюсиика — электрической схемь1, имеющей два входных и два выходных контакта.

Мы рассматриваем работу усилительного каскада в малосигнальном (линейном) режиме, поэтому мы можем представить транзистор в виде активного линейного четырехполюсника, который характеризуется входными (111, 11) и выходными (с12, 12) токами и напряжениями. Для их расчета используется система линейных уравнений„ в которых два тока или напряжения являются известными, а два других — неизвестными. Известные и неизвестные величины связываются коэффициентами, которые называются параметрам четырехполюсника. Для расчета усилителей применяются ~ (имеют размерность сопротивления)„у (размерность проводимости) и 6 (смешанная размерность) параметры.

При расчете усилителей с общим эмиттером наибольшее распострание получили 6 — параметры, связывающие токи и напряжения с помощью следующей системы линейных уравнении: < с.'1 61111 + 61202 12 = Ь2111 + Ь2)(12 В соответствии с рисунком 1,7 и учитывая, что для усилителя входными и выходньгми сигналами являются приращения соответству- ющих токов и напряжений, запи- шем эту систему уравнений в сле- дующем виде: Рис. 1.7.

Представление транзистора, включенного по схеме с ОЭ, в виде четырехполюсника ~1вэ = 1111~1Б + гг!2~1кэ ~1К гг212~1Б + 1122~(1КЭ ~В малогигналаном режиме работы транзистора амплитуды переменных составляющих входных сигналов не выходят за пределы линейного участка характеристики. Приравнивая к нулю Ыь (режим холостого хода на входе) и Лакэ (режим короткого замыкания на выходе) мы сможем рассчитать 6— параметры: ~~ Бэ г112 = ~~'КЭ,~1, О Ь~4э 11 ь.„„,о а22 = Ык 21 = а|п-о Следует отметить, что если изменение величины равно нулю, то эта величина не изменяется т.е.

612 и 622 рассчитываются при постоянном значении тока базы (УБ = сопМ) а 611 и 621 при постоянном значении напряжения на коллекторе (Ькэ = сопй). Физический смысл 6 — параметров следующии: -1с ~БЭ 11 = Б Гпа — с опп1 — входное сопротивление, при коротком замыкании на выходе; ~~айвз 12 кЭ 1 =сопй — коэффициент обратной связи по напряжению; Ык 21 = Цс1-сппа1 — коэффициент передачи тока при коротком замыкании на выходе; н22 кЭ тп — сопй — выходная проводимость при холостом ходе на входе. Помимо 6 — параметров, для анализа работы транзисторов применяются коэффици- Ь енты передачи тока эмиттера ~ст = Ык/Ыэ) Хп=,ВХа и тока базы ~Д = Ык/ЫБ). Значение с1па коэффициента гт для современных транзисторов, подключенных по схеме с общим эмиттером, практически Равно едини- Рис.

1.8. Схема замещения це (ст = 0,9...0„995), поэтому при анализе транзистора на базе схем с 03 он не применяется, а использует- коффициента 3 ся для схем с общей базой. Намного большее значение при расчете схем с общим эмиттером имеет коэффициент,З, значение которого составляет,З = ~20... 200). При грубых расчетах схем с ОЭ„коэффициент Д может использоваться как основной параметр, характеризующих транзистор, Б этом случае используется схема замещения, приведенная на рисунке 1.8. 1.3. Схема аамеи~енин биполярного транзистора. Транаиетор хан иетасреатолюенин.

9 1О 1. Бииоллрнь~й траизистор 1.4. Расчет Ь вЂ” параметров В нашей работе мы получим 6 — параметры графоаналитическим методом из входных (Йы, 61а) и выходных (Йв1„62~) характеристик транзистора. При расчете Ь-параметров необходимо обратить внимание на то, что каждой точке характеристики соответствуют три величины: ° для входной характеристики — 1в, Ьвз и Укэ, ° для выходной характеристики — 1к, Ькз и 1в.