Содержание
Введение 2
1. Техническое задание 3
2. Теоретическая часть 4
2.1 Принцип действия биполярных и униполярных (полевых) транзисторов 4
2.2 Вольтамперные характеристики транзисторов 7
2.3 Эквивалентные схемы транзисторов 10
2.4. h-параметры транзисторов 14
2.5 Основные параметры и характеристики усилителей 16
2.5.1 Амплитудно-частотная (АЧХ) и фазочастотная (ФЧХ) характеристики 17
2.5.2 Амплитудная характеристика 17
2.6 Выбор и термостабилизация рабочей точки усилителя. 18
2.7 Расчет усилительных каскадов по переменному току. 20
2.7.1 Область средних частот 20
2.7.2 Область высоких частот. 22
3. Расчетная часть 23
3.1. Расчет 1-го каскада 24
3.2. Расчет 2-го каскада 26
3.3. Расчет требуемых характеристик 28
Заключение 30
Список использованной литературы 31
Приложения
А. Принципиальная схема……………………….………………………32
В. Эквивалентная схема усилителя в области рабочих частот……………………………………………………………...…………….. 33
Введение
Электроника широко применяется практически во всех отраслях науки и техники, поэтому знание основ электроники необходимо всем инженерам. Особенно важно представлять возможности современной электроники для решения научных и технических задач в той или иной области. Многие задачи измерения, управления, интенсификации технологических процессов, возникающие в различных областях техники, могут быть успешно решены специалистом, знакомым с основами электроники.
В настоящее время в технике повсеместно используются разнообразные усилительные устройства.
В данном курсовом проекте производится расчет основных характеристик усилительных каскадов.
1. Техническое задание
1. Рассчитать сквозной коэффициент усиления, т.е. отношение напряжения на нагрузке к напряжению источника сигнала.
2. Определить входное сопротивление.
3. Определить выходное сопротивление.
4. Все конденсаторы имеют такую емкость, что их сопротивлением на частоте сигнала можно пренебречь. Считать, что дифференциальные параметры транзисторов на частоте сигнала равны их низкочастотным значениям
2. Теоретическая часть
2.1 Принцип действия биполярных и униполярных (полевых) транзисторов
Транзисторы в зависимости от принципа действия и конструктивных признаков подразделяются на два больших класса: биполярные и униполярные. Биполярный транзистор – это трехэлектродный полупроводниковый прибор с двумя взаимодействующими p-n переходами, усилительные свойства которого обусловлены явлениями инжекции и экстракции неосновных носителей заряда. Термин «биполярный» подчеркивает использование носителей заряда обоих знаков в работе транзистора.
Два перехода делят кристалл на три области – эмиттер, базу и коллектор. Концентрация легирующей примеси в эмиттере значительно выше, чем в базе. В зависимости от типа проводимости областей, составляющих структуру биполярного транзистора, различают транзисторы p-n-p и n-p-n типов. Принцип действия их одинаков, различие заключается в том, что в транзисторе n-p-n основными носителями заряда являются электроны, инжектируемые в базу p-типа, а в транзисторе p-n-p – дырки, инжектируемые в базу n-типа.
Условием взаимодействия переходов транзистора является наличие достаточно тонкой базы; толщина слоя базы W должна быть много меньше диффузионной длины L пробега неосновных носителей, инжектируемых в базу (WВведениеДля перехода от электрической принципиальной схемы к эквивалентному четырехполюснику в области рабочих частот необходимо заменить транзисторы на их эквивалентные схемы (четырехполюсники), а также учесть, что сопротивления конденсаторов на этих частотах не учитываются (считаются равными нулю) а также то, что разъемы питания и земли по переменному току электрически соединены (закорочены) за счет наличия в схемах блоков питания фильтрующих конденсаторов (сопротивление которых на рабочих частотах также равно нулю). Эквивалентная схема усилителя в области рабочих частот приведена на рис. 3.2. На схеме выделим (для удобства ее анализа) два каскада. Обозначим на схеме:
- напряжение сигнала на входе 2-го каскада;
- напряжение сигнала на выходе 1-го каскада;
- сигнал тока на входе 1-го каскада;
- сигнал тока на входе 2-го каскада;
- сигнал тока в нагрузке;
-- напряжение сигнала на выходе усилителя;
- ток базы V1;
Рис. 3.2
3.1. Расчет 1-го каскада
Выходной ток 1-го каскада выразим через его входной ток:
,
где - дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода транзистора V2.
- температурный потенциал, при температуре 250С равен 25 мВ.
Ом - входное сопротивление транзистора 1-го каскада (V2) при включении его по схеме ОЭ, без учета входного делителя (справочный параметр h11э). Омическим сопротивлением базы пренебрегаем – известно, что оно порядка десятков Ом .
- входное сопротивление усилителя (входное сопротивление 1-го каскада).
- коэффициент токораспределения на входе, он учитывает влияние делителя .
- коэффициент токораспределения на выходе -учитывает влияние . Известно, что в большинстве транзисторов - величина порядка сотни кОм…единицы Мом , поэтому для инженерных расчетов будем считать =1. ( ).
Коэффициент усиления 1-го каскада по току:
Коэффициент усиления 1-го каскада:
где - входное сопротивление 2-го каскада усилителя.
3.2. Расчет 2-го каскада
, где - входное сопротивление транзистора 2-го каскада (V1) со стороны базы (без учета влияния и ). Для определения выразим входное напряжение на входе 2-го каскада через ток базы V1 :
;
Омическим сопротивлением базы пренебрегаем – известно, что оно порядка десятков Ом.
Более точное выражение для , с учетом - дифференциального сопротивления коллекторного перехода транзистора V1:
Известно, что в большинстве транзисторов - величина порядка сотни кОм…единицы МОм , поэтому для инженерных расчетов им можно пренебречь.
Выходной ток 2-го каскада (ток нагрузки) выразим через его входной ток каскада:
где - коэффициент токораспределения, учитывающий влияние и .
- коэффициент токораспределения, показывает часть тока ответвляющуюся в .
Коэффициент усиления 2-го каскада по току:
Коэффициент усиления 2-го каскада
Хотя транзистор V1 включен по схеме ОК, а коэффициент усиления по напряжению каскада ОК меньше единицы, получилось значение 1.17. Это можно объяснить влиянием , т.е. тем, что часть сигнала с выхода V2 идет напрямую в нагрузку через , минуя транзистор V1.
Определим выходное сопротивление усилителя (не учитываем влияния и , поскольку известно, что в большинстве транзисторов - величина порядка сотни кОм…единицы Мом , поэтому для инженерных расчетов им можно пренебречь) :
,
где - выходное сопротивление выходного каскада без учета шунтирующего влияния , оно получилось относительно небольшим – поскольку это выходное сопротивление каскада ОК.
3.3. Расчет требуемых характеристик
Сквозной коэффициент усиления усилителя:
Входное сопротивление усилителя – входное сопротивление 1-го каскада:
Выходное сопротивление усилителя - выходное сопротивление 2-го каскада:Литература1. Степаненко, И. П. Основы теории транзисторов и транзисторных схем/ И.П.Степаненко. – М.: Энергия, 1991.
2. Гусев, В. Г. Электроника и микропроцессорная техника: учебник для вузов/ Гусев В.Г., Гусев Ю. М. −3-е изд.– М.: Высш. шк., 2004.
3. Забродин , Ю.С. Промышленная электроника: учебник для вузов/ Ю.С. Забродин.– М.: Высш. шк., 1982.
4. Хоровиц, П., Искусство схемотехники: в 3-х т.; пер. с англ. / Хоровиц П., Хилл У. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Мир, 1993.
5. Опадчий, Ю.Ф. Аналоговая и цифровая электроника (Полный курс): учебник для вузов / Ю.Ф. Опадчий, О.П. Глудкин, А.И. Гуров: под ред. О.П. Глудкина. – М.: Горячая линия – Телеком, 2000.
6. Миловзоров, О.В. Электроника: учебник для вузов / О.В. Миловзоров, И.Г. Панков.− 2-е изд. − М.: Высш. шк., 2004.
7. Павлов, В.Н., Схемотехника аналоговых электронных устройств: учебник для вузов/ Павлов В.Н., Ногин В.Н. – М.: Радио и связь, 1997.
8. Джонс, М.Х. Электроника − практический курс: пер. с англ. Е.В.Воронова и др./М.Х. Джонс. − М.: Постмаркет. −1999
|
|
