Главная страница
Навигация по странице:

  • КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА № 1 по дисциплине « Схемотехника аналоговых электронных устройств

  • Тема работы

  • 3 Проверка результатов программой Electronics Workbench Для эмиттерной схемы термостабилизации с помощью программы Electronics Workbench

  • Справочные данные на транзистор КТ603Б (n-p-n, кремневый, импортный аналог-2N3643) Электрические параметры

  • Предельные эксплуатационные данные

  • 1- 8_Схемотехника аналоговых устройств. Контрольная работа 1 по дисциплине Схемотехника аналоговых электронных устройств Учебное пособие Аналоговые электронные устройства


    Скачать 1.15 Mb.
    НазваниеКонтрольная работа 1 по дисциплине Схемотехника аналоговых электронных устройств Учебное пособие Аналоговые электронные устройства
    Анкор1- 8_Схемотехника аналоговых устройств.doc
    Дата07.04.2017
    Размер1.15 Mb.
    Формат файлаdoc
    Имя файла1- 8_Схемотехника аналоговых устройств.doc
    ТипКонтрольная работа
    #1097
    КатегорияЭлектротехника. Связь. Автоматика

    Подборка по базе: Контрольная работа .doc, курсовая работа.docx, 7 Мет инд работа.doc, Контрольная работа философия.docx, Лабораторная работа_3.pdf, контрольная работа №8.docx, Контрольная работа.docx, Контрольная работа (Ирина).docx, соц работа.docx, РРиАФУ лабораторная работа №106.docx


    Министерство образования Российской Федерации
    Томский межвузовский центр дистанционного образования
    ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

    СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)
    Кафедра радиоэлектроники и защиты информации (РЗИ)
    КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА № 1
    по дисциплине «Схемотехника аналоговых электронных устройств»

    (Учебное пособие «Аналоговые электронные устройства»,

    автор Красько А.С., 2000г.)
    Тема работы:

    Расчет режима биполярного транзистора по постоянному току.

    Расчет эквивалентных параметров биполярного транзистора.

    Расчет цепей питания и термостабилизации биполярного транзистора.
    Выполнил:

    студент ТМЦДО

    .

    2005г


    Содержание

    1 Постановка задачи ………………………………………………3

    2 Расчетная часть ………………………………………………….5

    3 Проверка результатов программой Electronics Workbench ….17

    4 Выводы по работе ………………………………………………20

    5 Примечание ……………………………………………………..20

    Приложение 1 …………………………………………………….21





    1 Постановка задачи



     Полагая , выбрать транзистор для каскада с ОЭ

     Определить координаты рабочей точки () и требуемое напряжение источника питания .

     Проиллюстрировать процесс определения координат рабочей точки путем построения входных и выходных динамических характеристик.

     По справочным данным на транзистор определить параметры элементов упрощенной физической Т-образной малосигнальной эквивалентной схемы БТ.

     В выбранной рабочей точке рассчитать значения низкочастотных Y-параметров транзистора и , и постоянной времени крутизны транзистора .

     В диапазоне температур окружающей среды (+20…+50)С рассчитать ожидаемый уход тока коллектора без мер термостабилизации. Определить, как изменится входная проводимость транзистора g и крутизна при данном изменении тока коллектора.

     Нарисовать схему усилительного каскада с ОЭ со стабилизацией фиксированием тока базы. Рассчитать ожидаемый уход тока коллектора для данной схемы термостабилизации. Определить, как изменится при этом входная проводимость транзистора g и крутизна .

     Нарисовать схему усилительного каскада с ОЭ и с коллекторной термостабилизацией. Рассчитать ожидаемый уход тока коллектора для данной схемы термостабилизации. Определить, как изменится при этом входная проводимость транзистора g и крутизна .

     Нарисовать схему усилительного каскада с ОЭ и с эмиттерной термостабилизацией. Рассчитать ожидаемый уход тока коллектора для данной схемы термостабилизации. Определить, как изменится при этом входная проводимость транзистора g и крутизна .

     Сравнить полученные результаты, оценить эффективность рассмотренных схем термостабилизации.

     Для эмиттерной схемы термостабилизации с помощью программы Electronics Workbench измерить режим работы транзистора и сравнить с рассчитанными в работе значениями координат рабочей точки.

    С помощью программы Electronics Workbench, используя виртуальный осциллограф, показать возможность получения на выходе неискаженного синусоидального сигнала заданной амплитуды.

    2 Расчетная часть



    Необходимые данные для расчета режима транзистора приведены в таблице 2.1.

    Таблица 2.1. Данные для расчета


    № варианта

    Параметры


    Rн, Ом

    Uвых, В

    08

    150

    3


    С
    хема усилительного каскада с ОЭ приведена на рисунке 2.1.

    Рисунок 2.1. Схема усилительного каскада с ОЭ.
     Произведем необходимые расчеты для выбора транзистора:

    • предельно допустимого напряжения коллектор-эмиттер

    ,

    • предельно допустимого тока коллектора



    Отсюда максимальное напряжение коллектор-эмиттер В,

    максимальный ток коллектора А.

    Следовательно, выбираем для усилителя транзистор КТ603Б, справочные данные которого приведены в Приложении 1.

     Определим координаты рабочей точки () и требуемое напряжение источника питания .

    Нагрузки рассматриваемого каскада по постоянному и переменному току определяются как:



    При отсутствии в справочных данных ВАХ БТ, координаты рабочей точки могут быть определены как:

    ,

    где - напряжение нелинейного участка выходных статических ВАХ транзистора, ;



    Постоянная мощность, рассеиваемая на коллекторе, не должна превышать предельного значения, взятого из справочных данных на транзистор.



    Напряжение питания усилителя найдем из формулы:

    .

    Откуда следует, что напряжение питания должно быть не менее



    и не более предельного значения напряжения коллектор-эмиттер для выбранного транзистора – 30 В.

    С учетом запаса по напряжению выберем из стандартизированного рекомендованного ряда Ек=15 В.

     Проиллюстрируем процесс определения координат рабочей точки при выбранном напряжении питания, путем построения входных и выходных динамических характеристик (рисунок 2.2).

    П
    остроим на выходной статической характеристике линию, которая будет характеризовать ток коллектора в зависимости от изменяющегося коллекторного напряжения. Такую линию называют нагрузочной (динамической) выходной или рабочей характеристикой транзистора. Для ее построения предположим вначале, что транзистор заперт и ток коллектора равен нулю. В этом случае напряжение на коллекторе равно напряжению источника питания, т.к. падение на нагрузке Rк отсутствует. На оси напряжений Uкэ найдем точку, соответствующую Ек. Теперь найдем вторую крайнюю точку динамической характеристики из предположения, что напряжение на коллекторе равно нулю, т.е. транзистор замкнут накоротко. В этом случае ток коллектора Iк=Eк/Rк. Таким образом, получили две крайние точки выходной динамической характеристики. Остальные точки лежат на прямой, соединяющей их.

    Рисунок 2.2 Определение рабочей точки для каскада с ОЭ



    Находим точки пересечения выходной динамической характеристики со статическими характеристиками при различных токах базы. Затем определяем соответствующие напряжения коллектора этих точек и строим по входной статической характеристике Iб(Uкэ) точки динамической входной характеристики.

    Коллекторное напряжение слабо влияет на входной ток, поэтому обычно ограничиваются двумя входными статическими характеристиками, при Uкэ=0 и Uкэ >0 В. При определении рабочей точки можно считать, что входная динамическая характеристика совпадает по форме с входной статической характеристикой для данного транзистора при напряжении коллектор-эмиттер равным 10 В.

    Н
    а рисунке 2.3 на статических характеристиках транзистора КТ603Б, взятых из справочника, показано положение рабочей точки.

    Рисунок 2.3 Определение рабочей точки для транзистора КТ603Б
    Таким образом, определяем:

    Iк0= 55 мА, Iб0= 0,55 мА, Uбэ0=0,92 В.


    По справочным данным на транзистор определим параметры элементов упрощенной физической Т-образной малосигнальной эквивалентной схемы БТ, которая показана на рисунке 2.4.

    Рисунок 2.4 Эквивалентная схема биполярного транзистора



    Параметры элементов определяются на основе справочных данных следующим образом:

     объемное сопротивление базы ,

    где - постоянная времени цепи внутренней обратной связи в транзисторе на ВЧ;

     активное сопротивление эмиттера 0,46 Ом,

    где Iэ=Iк+Iб = 55,55 мА ;

     диффузионная емкость эмиттера 933 пФ,

    где - граничная частота усиления по току транзистора с ОЭ, МГц;

     r =(0,5…1,5) Ом;

    Таким образом, параметры эквивалентной схемы биполярного транзистора полностью определяются справочными данными и режимом работы.
     В выбранной рабочей точке рассчитаем значения низкочастотных Y-параметров транзистора и , и постоянной времени крутизны транзистора .

    Приближенные выражения для низкочастотных значений Y-параметров биполярного транзистора, включенного по схеме с ОЭ:



    Постоянная времени крутизны транзистора :

    .
     В диапазоне температур окружающей среды (+20…+50)С рассчитаем ожидаемый уход тока коллектора без мер термостабилизации. Определим, как изменится входная проводимость транзистора g и крутизна при данном изменении тока коллектора.
    Существуют три основных фактора, влияющих на изменении под действием температуры: при увеличении температуры, во-первых, увеличивается напряжение , во-вторых, обратный ток коллекторного перехода , и, в третьих, возрастает коэффициент .

    Для анализа реальный транзистор можно представить в виде идеального, у которого параметры не зависят от температуры, а

    температурную зависимость смоделировать включением внешних

    источников напряжения и тока (рисунок 2.5).


    Рисунок 2.5 Тепловая модель биполярного транзистора



    Рассмотрим влияние этих факторов на приращение тока коллектора . Начнем с влияния изменения , вызванного тепловым смещением проходных характеристик , обозначив при этом приращение тока коллектора как :

    мА=2,4·10-3 А,

    где - приращение напряжения , равное:

    || = 3 · 9,25 = 27,25 мВ,

    где - температурный коэффициент напряжения (ТКН),

    -3мВ/град., Т - разность между температурой коллекторного перехода и справочным значением этой температуры (обычно 25C):

    0С,

    где

    0С,

    где и соответственно, мощность, рассеиваемая на коллекторном переходе в статическом режиме, и тепловое сопротивление

    “переход-среда”:

    Вт = 385 мВт,

    град/мВт.

    Определяем приращение тока коллектора , вызванного изменением обратного (неуправляемого) тока коллектора:

    А,

    где приращение обратного тока равно:

    А,

    где  - коэффициент показателя, для кремниевых транзисторов =0,13.

    Приращение коллекторного тока, вызванного изменением , определяется соотношением:

    А,

    где

    ,

    при отн. ед./град.

    Полагая, что все факторы действуют независимо друг от друга, запишем:

    А.
    Учитывая, что увеличение rб и rэ с повышением температуры незначительно (до 3%) и принимая при этом

    Н21э=(Iк0+ΔIк0)/Iб= 109,

    определим значения входной проводимости транзистора g и крутизны .



    Нарисуем схему усилительного каскада с ОЭ со стабилизацией фиксированием тока базы (рисунок 2.6) и рассчитаем ожидаемый уход тока коллектора для данной схемы термостабилизации. Определим, как изменится при этом входная проводимость транзистора g и крутизна .
    Рисунок 2.6 Каскад с фиксацией тока базы
    определяется соотношением:

    =25600 Ом,

    т.к. .

    Коэффициенты термостабилизации для этой схемы таковы:

    ,

    .

    Отсюда видно, что данная схема имеет малую эффективность термостабилизации ().

    Выражение для термостабилизированного каскада:

    .

    Обычно , что обусловлено одинаковым влиянием на и элементов схем термостабилизации:

    .

    Тогда,

    А.

    Учитывая, что

    Н21э=(Iк0+ΔIк0)/Iб= 105,

    определим значения входной проводимости транзистора g и крутизны .



    Нарисуем схему усилительного каскада с ОЭ и коллекторной термостабилизацией (рисунок 2.7). Рассчитаем ожидаемый уход тока коллектора для данной схемы термостабилизации. Определим, как изменится при этом входная проводимость транзистора g и крутизна .

    Рисунок 2.7 Каскад с коллекторной термостабилизацией и его варианты

    определяется соотношением:

    Ом,

    т.к. .

    Коэффициенты термостабилизации для этой схемы:

    ,

    .

    Из этих формул видно, что данная схема имеет лучшую термостабильность ( и меньше единицы), чем схема с фиксированным током базы.

    Тогда,

    .

    Учитывая, что

    Н21э=(Iк0+ΔIк0)/Iб= 102,

    определим значения входной проводимости транзистора g и крутизны .


     Нарисуем схему усилительного каскада с ОЭ и эмиттерной термостабилизацией (рисунок 2.8). Рассчитаем ожидаемый уход тока коллектора для данной схемы термостабилизации. Определим, как изменится при этом входная проводимость транзистора g и крутизна .
    Зададимся током делителя, образованного резисторами Rб1 и Rб2 :

    мА ;

     выбираем ,и определяем номинал :

    ;

     определяем потенциал :


    В;
    Рисунок 2.8 Каскад с эмиттерной термостабилизацией
     рассчитываем номиналы резисторов базового делителя:

    Ом,

    Ом,

    Коэффициенты термостабилизации для этой схемы:

    ,

    .

    Здесь - параллельное соединение резисторов Rб1 и Rб2:



    Анализ полученных выражений показывает, что для улучшения термостабильности каскада следует увеличивать номинал и уменьшать .

    Тогда,

    .



    Учитывая, что

    Н21э=(Iк0+ΔIк0)/Iб= 101,

    определим значения входной проводимости транзистора g и крутизны .




    3 Проверка результатов программой Electronics Workbench
    Для эмиттерной схемы термостабилизации с помощью программы Electronics Workbench измерим режим работы транзистора и сравним с рассчитанными в работе значениями координат рабочей точки.

    Схема лабораторного макета приведена на рисунке 3.1, а в таблице 2.1 приведены параметры, полученные расчетным путем и экспериментально.



    Рисунок 3.1 Лабораторный макет усилителя
    Таблица 3.1 Параметры транзистора

    Параметр

    Iк0, mA

    Iб0, mA

    Uбэ0, В

    Uкэ0, В

    Расчет

    55

    0,55

    0,92

    7

    Эксперимент

    52

    0,77

    0,76

    5,4

    С помощью программы Electronics Workbench, используя виртуальный осциллограф, покажем возможность получения на выходе неискаженного синусоидального сигнала заданной амплитуды (рисунок 3.2).

    Рисунок 3.2 Схема измерения амплитуды выходного напряжения
    4 Выводы по работе
    Сравнивая полученные результаты, можно сделать выводы, что усилительный каскад с ОЭ со стабилизацией фиксированием тока базы имеет малую эффективность термостабилизации. Каскад с коллекторной термостабилизацией имеет лучшую термостабильность, чем схема с фиксированным током базы. И, наконец, в большинстве случаев, наилучшими свойствами среди простейших (базовых) схем термостабилизации обладает эмиттерная схема термостабилизации.

    Из таблицы 3.1 видно, что значения, полученные расчетным путем и экспериментально для эмиттерной схемы термостабилизации близки, следовательно, расчет проведенный в контрольной работе верен.

    Это также подтверждает второй эксперимент, в котором, используя генератор и осциллограф, показано получение на выходе схемы неискаженного синусоидального сигнала.

    5 Примечание
    1. К сожалению, транзистор 2N3643 является не полным аналогом транзистора КТ603Б (в частности, различный статический коэффициент передачи тока и др.), поэтому возможно некоторое расхождение расчета и эксперимента.

    2. В учебном пособии (стр. 33), в формуле расчета второго резистора базового делителя, есть опечатка – вместо IК0 необходимо подставлять IД.


    Приложение 1



    Справочные данные на транзистор КТ603Б

    (n-p-n, кремневый, импортный аналог-2N3643)
    Электрические параметры
    Статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ

    ;

    Постоянная времени цепи обратной связи на высокой частоте

    ;

    Модуль коэффициента передачи тока на частоте 100 МГц

    ;

    Емкость коллекторного перехода при

    ;

    Обратный ток коллектора

    ;

    Предельные эксплуатационные данные
    Постоянное напряжение коллектор-эмиттер

    ;
    Постоянный ток коллектора

    ;

    Постоянная рассеиваемая мощность коллектора

    ;

    Максимальная температура перехода

    ;

    Максимальная температура среды

    ;







    написать администратору сайта