Усилитель на биполярном транзисторе

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 7Следующая ⇒

Задание. На вход усилителя на биполярном транзисторе поступает синусоидальное напряжение частотой f = 1000 Гц с амплитудным значением U _вх._m. Для заданной схемы транзисторного усилительного каскада (рис. 7) на семействе выходных ВАХ построить линию нагрузки по постоянному току (ЛНПТ) и временные диаграммы токов, протекающих через все элементы схемы и напряжений на элементах с указанием на графиках их амплитудных значений.

1) 2)

Рис. 7. Схемы усилительных каскадов на биполярных транзисторах

3) 4)

Основные параметры полупроводниковых биполярных транзисторов приведены в справочниках [4, 5, 8] и сведены в табл. 5. Тип биполярного транзистора VT, напряжения источников питания E _ип и смещения, амплитуда входного напряжения U _вх._m и сопротивление нагрузки R _н приведены в табл. 6. Входные и выходные ВАХ биполярных транзисторов приведены в прил. 2.

Методические указания. Перечертить схему усилительного каскада на биполярном транзисторе. Указать тип транзистора VT на схеме и направления протекания токов через все элементы в схеме для обеих полуволн входного синусоидального сигнала. Из справочника [4, 5] перечертить семейство входных и выходных ВАХ заданного транзистора, выписать основные параметры транзистора: I _к.max (А), P _к.max (Вт), U _кэ.max (В), h _21э, I _кб0 (мкА), U _кэ.нас (В).

Таблица 5

№ п/п	Параметр	Обозначение параметра	Единицы измерения
	Максимально допустимое обратное напряжение коллектор-база	U _кбо._max	В
	Максимально допустимое напряжение коллектор-эмиттер	U _кэ._max	В
	Максимально допустимый постоянный ток коллектора	I _к._max	А
	Максимально допустимая постоянная мощность, рассеиваемая коллектором	P _к._max	Вт
	Коэффициент передачи тока в схеме с общим эмиттером	h ₂₁_э	-
	Напряжение насыщения коллектор-эмиттер	U _кэ.нас	В
	Постоянный ток базы в режиме насыщения	I _б.нас	А
	Постоянный ток коллектора в режиме насыщения	I _к.нас	А
	Обратный ток коллектора	I _кбо	А
	Граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с общим эмиттером	f _гр.	Гц

Таблица 6

Вариант
Тип транзистора	КТ503	КТ3102	КТ502	КТ3107	КТ315	КТ602	КТ3108	КТ502	КТ312	КТ503
Схема
E _ип, В
E _см, В	0,5	-	0,45	-	0,55	-	0,25	-	0,25	-
U _вх.m, мВ
R _н, кОм	0,8		0,7	1,2	0,5	0,22		1,8		1,8
Вариант
Тип транзистора	КТ502	КТ3108	КТ315	КТ3102	КТ361	КТ502	КТ315	КТ815	КТ3107	КТ814
Схема
E _ип, В
E _см, В	0,53	-	0,56	-	0,55	-	0,57	-	0,3	-
U _вх.m, мВ
R _н, кОм		0,15	0,7	1,5	0,9		0,8	0,1	0,7	0,15
Вариант
Тип транзистора	КТ3102	КТ312	КТ201	КТ3108	КТ312	КТ605	КТ361	КТ814	КТ315	КТ815
Схема
E _ип, В
E _см, В	0,53	-	0,56	-	0,55	-	0,57	-	0,57	-
U _вх.m, мВ
R _н, кОм		1,5	0,7	1,5	0,9		0,8	0,1	0,8	0,1

Примечание. В случае отсутствия в справочнике ВАХ для указанного в задании транзистора следует выбрать входные и выходные ВАХ транзистора с максимально близкими по величине основными параметрами: U _кэ.max, I _к.max, P _к.max, h _21э, I _кбо, U _кэ.нас.

Проанализировать работу схемы усиления для положительной и отрицательной полуволн входного синусоидального напряжения. Если в схеме отсутствует источник начального смещения рабочей точки, то необходимо учесть появление искажений синусоидального сигнала.

Используя уравнение линии нагрузки по постоянному току

построить её на графике выходных ВАХ. Для этого достаточно двух точек: при I _к = 0, U _кэ = E _ип – первая точка линии; при U _кэ= 0, - вторая точка ЛНПТ. Точка пересечения линии нагрузки с выходной ВАХ, соответствующей постоянной составляющей тока базы I _б0, определит рабочую точку транзистора. Ей будет соответствовать постоянная составляющая тока коллектора I _к0 и постоянная составляющая напряжения коллектор-эмиттер U _кэ0. Постоянная составляющая тока базы в режиме покоя I _б0 определяется по входной ВАХ по заданному напряжению смещения E _см. Так как для транзисторов входные характеристики расположены близко друг от друга, то в качестве рабочей входной ВАХ можно принять одну из статических характеристик, соответствующую активному режиму, например характеристику для напряжения коллектор-эмиттер U _кэ = 5 В. Из графика входной ВАХ найти базовый ток покоя I _б0 соответствующий заданному напряжению смещения U _бэ0 = E _см. При отсутствии источника смещения ток базы покоя равен нулю.

С учётом типа транзистора (n-p-n или p-n-p) для обеих полуволн входного напряжения (один период работы усилителя) построить временные диаграммы напряжений u _вх, u _кэ, u _н и токов i _б, i _н. На полученных диаграммах указать амплитудные значения напряжения и тока. Для расчёта амплитудных значений напряжения и тока следует использовать ВАХ элементов схемы.

Пример решения задачи. В качестве примера решения задачи рассмотрим схему усилительного каскада с транзистором n-p-n типа при отсутствии начального смещения рабочей точки (рис. 8). Исходными данными являются: транзистор KT315, амплитуда входного синусоидального напряжения U _вх._m = 0,6 В, сопротивление нагрузки R _н = 250 Oм и напряжение питания E _ип = 10 В. В соответствии с типом транзистора и способом его включения с схему на рис. 8 показаны направления токов и падений напряжения. Отсутствие начального смещения в цепи базы означает, что будет усиливаться только положительная полуволна входного сигнала, при которой переход база-эмиттер смещается в прямом направлении. Отрицательная полуволна входного сигнала усиливаться не будет, поскольку при обратном смещении коллекторного и эмиттерного переходов транзистор входит в режим отсечки.

На рис. 9, а и б изображены входная и семейство выходных ВАХ транзистора КТ315А. Параметры транзистора: высокочастотный кремниевый эпитаксиально-планарный транзистор малой мощности n-p-n- типа; U _кэ._max = 25 В; I _к._max = 100 мА; P _к._max = 150 мВт; h _21э = 20…90; I _кбо = 1 мкА; U _кэ.нас = 0,4 В; T _к = 373 ^оК.

Построим на семействе выходных ВАХ транзистора (рис. 9, б) ЛНПТ по двум точкам: I _к = 0, U _кэ = E _ип = 10 (В) – первая точка линии; при U _кэ= 0, = 10/250 = 0,04 (A) - вторая точка.

Поскольку смещение рабочей точки отсутствует (нет источника в цепи базы), то ток базы покоя равен нулю I _б0 = 0, и следовательно, ток коллектора покоя тоже близок к нулю I _к0 = 0. Тогда постоянная составляющая напряжения коллектор-эмиттер в режиме покоя U _кэ0 = 10 (В). Рабочая точка «A» транзистора, соответствующая режиму покоя, указана на обеих ВАХ (рис. 9).

На выходной ВАХ выполнено дополнительное построение линии, которая соответствует току базы I _б_m₍₊₎ = 12 (мкА) при амплитудном значении положительной полуволны входного напряжения. Пересечение этой прямой с ЛНПТ определяет соответствующее амплитудное значение коллекторного тока, а следовательно и тока нагрузки I _к_m₍₊₎ = I _н_m₍₊₎» 1 (мА). На выходной ВАХ этому току соответствует амплитудное значение напряжения U _кэ_m₍₊₎» 9,5 (В).

По второму закону Кирхгофа рассчитаем амплитудное значение напряжения на нагрузке для положительной полуволны входного сигнала:

В течение действия отрицательной полуволны входного сигнала транзистор будет находиться в режиме отсечки, поэтому можно считать, что токи близки к нулю: I _б_m₍_-₎» 0, I _к_m₍_-₎ = I _н_m₍_-₎» 0. Т.к. ток нагрузки равен нулю, то напряжение на нагрузке также будет равно нулю U _н_m₍_-₎» 0. При этом всё напряжение источника падает на транзисторе: U _кэ_m₍_-₎» E _ип = 10 (В).

Учитывая, что нагрузка является активной, форма напряжения u _н на нагрузке полностью совпадает с формой тока нагрузки i _н. Амплитудные значения токов и падений напряжений для обеих полуволн входного сигнала нанесены на временные диаграммы работы усилительного каскада (рис. 10).

⇐ Предыдущая 1 2 345 6 7 Следующая ⇒

Date: 2015-05-09; view: 2922; Нарушение авторских прав

mydocx.ru - 2015-2026 year. (0.031 sec.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав - Пожаловаться на публикацию