Расчет биполярного транзистора
Введение
Современную жизнь трудно представить без хорошо
развитой системы связи.
Но современная связь обеспечивается совокупностью
электротехнических и электронных устройств различной сложности, состоящих из
элементов, к которым приложены электрические напряжения или протекают
электрические токи. Сколь угодно сложные электронные устройства, в конечном
счете, состоят из разнообразных электронных приборов, обладающих вполне
определенными свойствами. Таким образом, чтобы разрабатывать, изготавливать или
эксплуатировать различную аппаратуру связи, следует, прежде всего, знать
процессы, происходящие в электронных приборах при различных условиях, а также
законы, которым подчиняются эти процессы, т.е. освоить основы электроники.
Режимы работы биполярного транзистора
Транзистором называют электропреобразовательный
полупроводниковый прибор с одним или несколькими электрическими переходами,
пригодный для усиления мощности электрических сигналов и имеющий три или более
выводов. По принципу действия транзисторы бывают биполярные и полевые.
Биполярный транзистор содержит три полупроводниковые
области с чередующимися типами проводимости n-p-n или p-n-p, которые называют соответственно
эмиттером, базой и коллектором.
Нормальный активный режим
Переход эмиттер-база включен в прямом направлении
(открыт), а переход коллектор-база - в обратном (закрыт) UЭБ>0;UКБ<0;
Инверсный активный режим
Эмиттерный переход имеет обратное включение, а
коллекторный переход - прямое.
Режим насыщения
Оба p-n перехода смещены в прямом направлении (оба
открыты).
Режим отсечки
В данном режиме оба p-n перехода прибора смещены в
обратном направлении (оба закрыты).
Барьерный режим
В данном режиме база транзистора по постоянному
току соединена накоротко или через небольшой резистор с его коллектором, а в
коллекторную или в эмиттерную цепь транзистора включается резистор, задающий
ток через транзистор.
В таком включении транзистор представляет из себя
диод, включенный последовательно с резистором.
Подобные схемы каскадов отличаются малым количеством
комплектующих, хорошей развязкой по высокой частоте, большим рабочим диапазоном
температур, неразборчивостью к параметрам транзисторов.
Схемы включения
Любая схема включения транзистора характеризуется
двумя основными показателями:
· Коэффициент усиления по току Iвых/Iвх.
· Входное
сопротивление Rвх=Uвх/IвхСхема включения с
общей базой
<#"804957.files/image001.gif">
Усилитель с общей базой.
· Среди всех трех конфигураций обладает
наименьшим входным и наибольшим выходным сопротивлением. Имеет коэффициент
усиления по току, близкий к единице, и большой коэффициент усиления по
напряжению. Фаза сигнала не инвертируется.
· Коэффициент усиления по току:
вых/Iвх=Iк/Iэ=α [α<1]
· Входное сопротивление
Rвх=Uвх/Iвх=Uбэ/Iэ.
Входное сопротивление для схемы с общей базой мало и
не превышает 100 Ом для маломощных транзисторов, так как входная цепь
транзистора при этом представляет собой открытый эмиттерный переход
транзистора.
Достоинства:
· Хорошие температурные и частотные
свойства.
· Высокое допустимое напряжение
Недостатки схемы с общей базой :
· Малое усиление по току, так как α < 1
· Малое входное сопротивление
· Два разных источника напряжения для
питания.
Схема
включения с общим эмиттером
<#"804957.files/image002.gif">
вых = Iквх = Iбвх
= Uбэвых = Uкэ
· Коэффициент усиления по току:
Iвых/Iвх=Iк/Iб=Iк/(Iэ-Iк)
= α/(1-α) = β [β>>1]
· Входное сопротивление:
вх=Uвх/Iвх=Uбэ/Iб
Достоинства:
· Большой коэффициент усиления по току
· Большой коэффициент усиления по
напряжению
· Наибольшее усиление мощности
· Можно обойтись одним источником
питания
· Выходное переменное напряжение
инвертируется относительно входного.
Недостатки:
· Худшие температурные и частотные
свойства по сравнению со схемой с общей базой
Схема
с общим коллектором
<#"804957.files/image003.gif">
вых = Iэвх = Iбвх
= Uбквых = Uкэ
Коэффициент усиления по току:
вых/Iвх=Iэ/Iб=Iэ/(Iэ-Iк)
= 1/(1-α) = β [β>>1]
· Входное сопротивление:
вх=Uвх/Iвх=(Uбэ+Uкэ)/Iб
Достоинства:
· Большое входное сопротивление
· Малое выходное сопротивление
Недостатки:
· Коэффициент усиления по напряжению
меньше 1.
Схему с таким включением называют «эмиттерным
повторителем»
Расчет курсовой работы
биполярный транзистор электронный лучевой
Задача 1
В данном расчете используется транзистор МП114,
включенный по схеме с ОЭ.
Входная Uб=f(Uбэ), при Uкэ -const, и выходные Iк=f(Uкэ), при Iб-const,
характеристики взяты из справочника. Модель транзистора с h-параметрами описывается уравнениями:
Uкэмах=60В, Iк=10мА
входное
сопротивление в режиме короткого замыкания на выходе;
-
коэффициент внутренней обратной связи при холостом ходу на вхо де;
-
коэффициент усиления по току при коротком замыкании на выходе;
-
выходная проводимость при холостом ходу на входе.
= при - const;(
рис.1)
= при - const;(рис.2)
= при Iб- const;(рис.1)
= при Iб- const;(рис.2)
Строим
нагрузочную характеристику (рисунок 2).
МП114
Рис.2.
Входная и выходная характеристики транзистора МП114
U, где - ЭДС
источника питания (30 В), - сопротивление коллекторной нагрузки (300 Ом).
При
, =0,1A
При
, == 30 В
Строим
кривую предельно допустимой мощности (таблица 1)
= 150 мВт
(максимально допустимая мощность по справочнику)
Для
данного транзистора рекомендуется использовать радиатор.
Таблица
1.
, B51015202530
|
|
|
|
|
|
|
, A0,030,0150,010,0750,060,05
|
|
|
|
|
|
|
На нагрузочной прямой выбираем рабочую точку (рисунок
2), определяем h- параметры.
=
=
=
=
Коэффициент
усиления по току
=4
Коэффициент
усиления по напряжению
Коэффициент
усиления по мощности
Задача 2
Расчет полевого транзистора.
В процессе усиления в полевом транзисторе принимают
участие только основные носители заряда канала.
Для расчета используют два семейства характеристик:
переходные и выходные.
Переходные
- зависимость тока стока от напряжения на затворе для ряда постоянных напряжений на стоке .
=f(), при -const
Выходные
- зависимость тока стока от напряжения на стоке при
постоянном напряжении на затворе .
=f(), при -const.
S - крутизна
переходной характеристки
S=D/D,
при
- const.
Ri- внутренне
сопротивление
Ri=D/D,
при
-const.
m - коэффициент усиления
m=S*Ri
Расчет:
ИСХОДНЫЕ
ДАННЫЕ
КП302Б,
напряжение отсечки =4,2 В
Сопротивление
канала Rк=50 Ом
Расчет
произведем по формуле:
при
Принимаем
= 0,5В; 1В; 1.5В; 2В; 2,5В; 3В; 3,5В; 4В; 4,5В. [
максимальное значение ограничивается разностью (-)]
Результаты
вычислений в таблице 2
Таблица
2
,В11.522.533.544.5
|
|
|
|
|
|
|
|
|
,mА0,511,71,82222
|
|
|
|
|
|
|
|
|
при
Принимаем
=0,5В; 1В; 1.5В; 2В; 2.5В; 3В; 3.5В; 4В; 4,5В; 5В;
5,5В [ максимальное значение ограничивается разностью (-)]
Результаты
вычислений в таблице 3
Таблица
3
,В0,511.522,533.5
|
|
|
|
|
|
|
|
,mА3,56,28,19,39,99,89,2
|
|
|
|
|
|
|
|
По расчетным значениям строим выходную характеристику
(рисунок 3), а по ней переходную характеристику (рисунок 4).
Рис 3. Выходная характеристика транзистора
Рис 4. Переходная характеристика транзистора
По графикам определяем статические параметры
транзистора
S=DI/DUзи=(9,9-2)/1=7,9 mA/BOм
Для
электронно-лучевой трубки с электростатическим отклонением луча, длина
отклоняющих пластин которой l, расстояние между пластинами, расстояние от экрана до
края пластин L, определить: чувствительность к отклонению по
напряжению, время пролета электронов между пластинами, граничную частоту
отклонения, отклонение электронного луча на экране, угол отклонения луча от оси
трубки, если напряжение на втором аноде равно U,, а постоянные напряжения на отклоняющих пластинах
равны U.
Расчет
электронно-лучевой трубки (ЭЛТ).
Расчет
Исходные
данные:
U=100 В; U=1.6 кB; l=22мм;
L=140мм; d=9мм
Ку=,
где
l - длина отклоняющих пластин, L - расстояние
до экрана, напряжение на втором аноде, d- расстояние
между пластинами.
Чувствительность
отклонения по напряжению вычисляется по формуле:
Ку=мм/В
,
где
- отклонение электронного луча на экране
=0,106*100=10,6
мм
Время
пролета электрона между пластинами =, где V -скорость электрона.
км/c
=0,022/24000=9,6
*10 cек
tga=h/L=10,6/140=0,076
a-угол отклонения электрона
a=4.3°
= =82 МГц- граничная частота отклонения
Заключение
В ходе выполнения настоящей курсовой работы были
произведены расчеты h-параметров
биполярного транзистора, стоко-затворных характеристик полевого транзистора и
параметров электронно-лучевой трубки, а так же закреплены теоретические знания
и практические навыки расчетов по дисциплине «Электроника».
Список литературы
1. Электроника: учеб. для вузов по направлению 210300 - «Радиотехника» /
Г.Г. Шишкин, А.Г. Шишкин. - М.: Дрофа, 2009. - 703 с.: a-ил.
. Электротехника и электроника: учеб. пособие для соц. вузов, техн.
отд-ний гуманитар. вузов и вузов неэлектротехн. профиля / М.А. Жаворонков, А.В.
Кузин. - 2-е изд., стер. - М.: Академия, 2008. - 393 с.: a-ил. - (Высшее
профессиональное образование).
. Электроника: учеб. пособие для вузов по направлению 654100 «Электроника
и микроэлектроника» / А.А. Щука; под ред. А.С. Сигова. - 2-е изд., перераб. и
доп. - СПб.: БХВ-Петербург, 2008. - 739 с.: a-ил. - (Учебная литература для
вузов).