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) U_ЭБ>0;U_КБ<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 I_вых/I_вх.

· Входное сопротивление R_вх=U_вх/I_вхСхема включения с общей базой

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:

I_вых/I_вх=I_к/I_э=б [б<1]

· Входное сопротивление

R_вх=U_вх/I_вх=U_бэ/I_э.

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 б < 1

· Малое входное сопротивление

· Два разных источника напряжения для питания.

Схема включения с общим эмиттером

I_вых = I_к

I_вх = I_б

U_вх = U_бэ

U_вых = U_кэ

· Коэффициент усиления по току:

I_вых/I_вх=I_к/I_б=I_к/(I_э-I_к) = б/(1-б) = в [в>>1]

· Входное сопротивление:

R_вх=U_вх/I_вх=U_бэ/I_б

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

I_вых = I_э

I_вх = I_б

U_вх = U_бк

U_вых = U_кэ

Коэффициент усиления по току:

I_вых/I_вх=I_э/I_б=I_э/(I_э-I_к) = 1/(1-б) = в [в>>1]

· Входное сопротивление:

R_вх=U_вх/I_вх=(U_бэ+U_кэ)/I_б

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)

и определяют по входным характеристикам, а и - по выходным.

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.

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=/,

при - const.

Ri- внутренне сопротивление

Ri=/,

при -const.

- коэффициент усиления

=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

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

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=I/Uзи=(9,9-2)/1=7,9 mA/B

ROм

Задача 3

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

tg=h/L=10,6/140=0,076

-угол отклонения электрона

=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.

2. 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).

3. 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).