Тип транзистора – КТ301Ж

Исходные данные:

Тип транзистора – КТ301Ж

Напряжение питания – Еn = 15 В

Сопротивление нагрузки – Rn = 2,4 кОм

Сопротивление резистора в цепи коллектора – Rк = 1,5 кОм

Решение

На основе анализа справочных данных, приведенных в [1…8], были приняты следующие исходные данные для транзистора КТ301Ж. Входные характеристики приведены на рис.1 , выходные на рис. 2. Эти характеристики приведены в [5]. Транзисторы кремниевые планарные с n-p-n переходом, универсальные высокочастотные маломощные. Предназначены для применения в усилителях и генераторных схемах радиоэлектронной аппаратуры.

Граничная частота при Uкб = 10В, Iэ = 3 мА	60 МГц
Постоянная времени цепи обратной связи при Uкб = 10В, Iэ = 2 мА, ƒ=2МГц	2 нс
Время рассасывания при Iк = 10 мА, Iб = 1 мА	8 мкс
Статистический коэффициент передачи тока в схеме с общим эмиттером при Uкб = 10В, Iэ = 3 мА, Т = 293 К	5-40
Модуль коэффициента передачи тока при Iэ = 3 мА, Uкэ = 10В, ƒ = 20 МГц	1,5
Граничное напряжение при Т = 298/343 К, Iэ = 10 мА	20В
Напряжение насыщения коллектор-эмиттер при Iк = 10 мА, Iб=1 мА	3,0В
Напряжение насыщения база-эмиттер при Iк = 10 мА, Iб=1 мА	2,5В
Обратный ток коллектора не более при Т=293 К, Uкб=Uкбмакс	10 мкА
Обратный ток коллектор-эмиттер при Rбэ = 100 Ом	0,8 мА
Емкость коллекторного перехода при Uкб = 10В, ƒ=2 МГц	10пФ
Емкость эмиттерного перехода при Uэб = 0,5В, ƒ = 2 МГц	80пФ
Постоянное напряжение коллектор-база при Т = 213/318 К	30В
Постоянное напряжение коллектор-эмиттер при отключенное базе	30В
Постоянное напряжение эмиттер-база	3,0В
Максимально допустимые параметры
Постоянный ток коллектора	10 мА
Импульсный ток коллектора при τи ≤ 1 мкс, Т = 343 К	20,0мА
Постоянная рассеивания мощности при Т = 343 К	58 мВт
Импульсная рассеивания мощности при τи ≤ 30 мкс, Т = 343 К	12 Вт
Общее тепловое сопротивление	0,6К/мВт
Температура перехода	393 К
Температура окружающей среды	213-398К

("1") Для стабилизации исходной рабочей точки, заключающейся в предотвращении сильных нелинейных искажений и тепловой неустойчивости транзистора используем схему включения биполярного транзистора с общим эмиттером и с эмиттерной стабилизацией (Рис.3).

Рис.1 Входная характеристика

Рис. 2 Выходные характеристики

Рис.3

В этой схеме стабилизации используется отрицательная обратная связь по постоянному току. На семействе выходных характеристик строим нагрузочную прямую по постоянному току в соответствии с уравнением

,

где Еn – напряжение питания

Uкэ – напряжение коллектор-эмиттер

Iк – ток коллектора

Нагрузочную прямую строим по двум точкам:

1 точка: Iк = 0, Uкэ = Еn, Uкэ = 15 В;

2 точка: Uкэ = 0, Iк = (Еn-Uкэ)/(Rк + Rэ) = En/(Rк + Rэ);

При Rк = 1,5 кОм и Rэ = 0 Iк = 10 мА

Полагаем, что величина тока Iк соответствует точке с максимальным значением и строим нагрузочную прямую.

Нагрузочная прямая изображена на рис.2.

На нагрузочной прямой выберем рабочую точку. Рабочая точка расположена посередине между режимами отсечки и насыщения в точке пересечения нагрузочной прямой с ближайшей выходной характеристикой. Для точки О.

Iко = 5,0 мА, Uкэо = 7,5В, Iбо = 400 мкА;

По семейству выходных характеристик определяем Uбэо = 0,85 В (при Uкэо = 7,5В, Iбо = 0,4мА

("2") Величину сопротивления эмиттера определим из соотношения

тогда

= 3/0,005=600 Ом

= =900 Ом

Полагаем величину тока делителя напряжения равной

мА,

величина сопротивления равна

Ом,

величина сопротивления равна

Ом

По семейству входных и выходных характеристик графическим методом определим малосигнальные параметры транзистора в рабочей точке. Рассмотрим две точки на семействе входных характеристик А и В (рис.1)

В точке А ;

В точке В ;

∆В;

∆мА;

∆∆ Ом

- входное сопротивление, измеренное при коротком замыкании транзистора. Рассмотрим две точки на семействе выходных характеристик C и D (рис.2) , расположенных симметрично относительно рабочей точки О

("3") В точке C: мкА, мА, В;

В точке D: мкА мА, В;

∆∆

- коэффициент передачи при Uкэ = 7,5В

Рассмотрим две точки E и F на семействе выходных характеристик на кривой Iб = 400 мкА;

В точке Е: мА, В, мкА;

В точке F: мА, В, мкА;

∆∆см

- выходная проводимость, измеряемая при холостом ходе на входе транзистора

= - коэффициент обратной связи, измеряемой при холостом ходе на входе транзистора

5. Для расчета физических величин биполярного транзистора воспользуемся малосигнальной высокочастотной эквивалентной схемой транзистора – схемой Джиаколетто (рис.4)

Рис.4

Барьерная емкость коллекторного перехода равна

;

В

= 10 В, паспортная величина напряжения коллектор-база

= 10 пФ, паспортная емкость коллекторного перехода

пФ

Величина выходного сопротивления транзистора равна

("4") Ом;

Величина сопротивления коллекторного перехода равна

кОм;

Величина сопротивления эмиттерного перехода для эмиттерного тока равна

Ом

Величина сопротивления эмиттерного перехода для базового тока

Ом

Распределенное сопротивление базы равно

, постоянная времени цепи обратной связи

Ом

Диффузионная емкость эмиттерного перехода равна

- граничная частота усиления транзистора в схеме с общим эмиттером.

Поскольку величина отсутствует в справочных данных, то ее можно оценить из соотношения

=1,5 – модуль коэффициента передачи по току на высоких частотах,

=20 МГц частота на которой он измерен.

МГц

("5") пФ

Собственная постоянная времени равна

нс

Крутизна транзистора равна

мА/В

6. Предельная частота транзистора в схеме с общим эмиттером равна

МГц

Предельная частота в схеме с общей базой равна

МГц

Максимальная частота генерации равна

МГц

Предельная частота транзистора по крутизне равна

МГц

7.Сопротивление нагрузки транзистора по переменному току равно

кОм

Нагрузочная прямая по переменному току определяется двумя точками:

Первая – точка режима покоя (Iко, Uкэо)

Вторая – точка с координатами Iк = 0, Uкэ=Uкэо+R~Iко

В

8. Для построения сквозной характеристики воспользуемся входной характеристикой транзистора (Рис.1) и нагрузочной прямой для переменного тока на выходных характеристиках. Так, например, для точки 1 при Iб=800 мкА находим величину напряжения Uбэ=0,97 В. Далее находим точку пересечения нагрузочной прямой по переменному току с выходной характеристикой Iб = 800 мкА (точка М, Рис.2). Для полученной точки М определим величину тока коллектора Iк = 9,6 мА. Таком образом,

("6") Iвх = Iк = 9,6 мА, Uвх = Uбэ = 0,97 В;

Находим точки пересечения нагрузочной прямой с выходными характеристиками (N, L,K, P,Q. R) и для них определим величину тока коллектора Iк и напряжения Uбэ

Точка N	= 700 мкА	= 0,95 В	= 8,5 мА
Точка L	= 600 мкА	= 0,925 В	= 7,5 мА
Точка K	= 500 мкА	= 0,900 В	= 6,3 мА
Точка P	= 300 мкА	= 0,800 В	= 3,6 мА
Точка Q	= 200 мкА	= 0,720 В	= 2,1 мА
Точка R	= 100 мкА	= 0,600 В	= 1,1 мА

("7") 9. Определим динамические параметры усилительного каскада для двух величин амплитуды входного сигнала Uвхн и 0,5Uвхн

1) Коэффициент усиления по току равен:

Δ Δ

Для отрезка ВС на сквозной характеристике транзистора (Рис.5), величина которого равна амплитуде входного сигнала Uвхн определим изменение тока коллектора ΔIк и напряжение Uбэ для точек В и С. По входной характеристике транзистора (Рис.1) определим изменение тока базы ΔIб

Аналогичным образом определяем коэффициент усиления по току для амплитуды входного сигнала 0,5Uвх. н (точки В1 и С1):

2) Коэффициент усиления по напряжению равен:

ΔΔ

Приращение напряжения коллектор-эмиттер определяем на выходной характеристике транзистора (Рис.2), а приращение напряжения эмиттер-база определяем на сквозной характеристике транзистора (Рис.5). Коэффициент усиления по напряжению для амплитуды входного сигнала Uвх. н равен:

Коэффициент усиления по напряжению для амплитуды входного сигнала 0,5Uвх. н равен:

Коэффициент усиления по мощности для амплитуды входного сигнала Uвх. н равен:

Коэффициент усиления по мощности для амплитуды входного сигнала 0.5Uвх. н равен:

10. Определение коэффициента гармоник:

Коэффициентом гармоник называется отношение эффективного значения суммы высших гармоник выходного напряжения к эффективному значению его первой гармоники.

("8")

U1,U2,U3 – действующие значения отдельных гармоник выходного напряжения.

Этот коэффициент можно оценить методом пяти ординат по сквозной характеристике с учетом влияния второй и третьей гармоники входного сигнала.

где - коэффициент второй гармоники, - коэффициент третьей гармоники.

Коэффициенты и - определяются графически по сквозной характеристике.

На сквозной характеристике (Рис.5) отмечаются пять точек, соответствующих:

1. точке покоя (нулевая амплитуда входного сигнала, точка А на Рис.5);

2. точке максимальной амплитуды входного сигнала, точка В на Рис.5;

3. точке максимальной амплитуды входного сигнала, точка С на Рис.5;

4. точке с половиной максимальной амплитуды входного сигнала, точка D на рис. 5;

5. точке с половиной максимальной амплитуды входного сигнала, точка Е на Рис.5.

По ординатам этих точек определим величины отрезков а, в, с и далее

11.Емкость Сс разделительного конденсатора выбираем из условия . Возьмем Сс = 20 мкФ.

Вывод

Наиболее полезным для меня как результат выполнения этой курсовой работы является получение навыка работы со справочной литературой и опыта расчёта параметров транзистора.

Следуя предписаниям в методическом указании по выполнению курсовой, я рассчитала параметры элементов схемы, построила графики и указала рабочую точку. Также проанализировав графики, я определила параметры усилительного каскада.

("9") Также в работе рассмотрен теоретический вопрос.

Теоретический вопрос

Ширина p-n перехода зависит от напряжения на нем. Поскольку эмиттерный переход смещен в прямом направлении, его ширина мала и этой ширины при изменениях Uэ не имеют существенного значения. Коллекторный же переход, смещенный в обратном направлении, имеет сравнительно большую ширину, и изменения ее при изменениях напряжения Uк важны для работы транзистора. А именно, поскольку коллекторный переход сосредоточен в базе ( как более высокоомном слое), приращения его вызывают практически равные им приращения толщины базы. В результате получается зависимость ω (Uк), которую называют модуляцией толщины базы или эффектом Эрли. Следствия от этого эффекта:

1. Изменение толщины базы влияет на ту долю инжектированных дырок, которая доходит до коллектора, избежав рекомбинации. Чем меньше толщина базы, тем эта доля больше. Значит, при неизменном токе эмиттера модуляция толщины базы приводит к изменениям тока коллектора. Соответственно коэффициент передачи эмиттерного тока оказывается функцией коллекторного напряжения, а коллекторный переход имеет конечное дифференциальное сопротивление.

2. Модуляция толщины базы сопровождается изменением заряда дырок в базе; иначе говоря, имеет место зависимость заряда от коллекторного напряжения а, то есть коллекторный переход обладает некоторой диффузионной емкостью дополнительно к обычной барьерной.

Модуляция толщины базы меняет время диффузии дырок через базу; тем самым коллекторное напряжение влияет на частотные свойства
транзистора. Поскольку тепловой ток эмиттерного перехода Iэо при тонкой базе обратно пропорционален ее толщине, напряжение Uк, модулируя толщину базы, модулирует также ток Iэо, а вместе с ним всю вольт-амперную характеристику эмиттерного перехода. Следовательно, если одна из входных величин (Iэ или Uэ) то вторая оказывается функцией коллекторного напряжения. Такое влияние называется внутренней обратной связью по напряжению.

Рис. 5 Сквозная характеристика

Литература

, Гордеева полупроводниковые приборы и их зарубежные аналоги: Справочник. 3-е издание, перераб. и доп. М.: Радио и связь, 19с. Полупроводниковые приборы: Транзисторы: Справочник/ Под общ. Ред. . 2-е издание, перераб. М.: Энергоатомиздат, 19с. Мощные полупроводниковые приборы. Справочник/ Под общ. Ред. . Радио и связь, 19с. Полупроводниковые приборы: Транзисторы: Справочник / Под общ. Ред М.: Энергоатомиздат, 19с. Транзисторы для аппаратуры и широкого применения.: справочник / Под общ. Ред . М.:Радио и связь, 1982. Справочник по полупроводниковым диодам, транзисторам, интегральным схемам / Под общ. Ред , Изд. 4-е, перераб. и доп. М.: Энергия, 1976, 744 с. Справочник по полупроводниковым диодам, транзисторам и интегральным схемам / Под общ. Ред . Изд. 3-е, перераб. и доп. М.: Энергия, 1972, 568 с. Транзисторы и полупроводниковые диоды: Справочник / Под общ. Ред . М.: Связьиздат, 1963, 646 с. Степаненко теории транзисторов и транзисторных схем. Изд. 4-е, перераб. и доп. М.: Энергия, 1977, 672 с. Справочник по импульсной технике / Под общ. Ред , Киев: Техника, 1971, 656 с.

preview_end()