Пример расчета параметров схемы замещения транзистора

В качестве численного примера определения h-параметров проведём необходимые построения на выходной и входной ВАХ транзистора КТ602А рис.1.1 и выполним расчетные действия в соответствие с п.1.1 настоящих методических указаний.

 

∆J_К= J_К2 − J_К0 = 41,5 − 37,5 = 4 мА

∆J_Б= J_Б2 − J_Б0 = 0,8 − 0,7 = 0,1мА

∆U_К = U_К0 = 18В.                     ∆J_К′ = J_К2′− J_К0 = 38,5 − 37,5 = 1мА

U_К′ = Е_К − U_К0 = 36В −18В = 18В

 ∆U_Б = U_Б2 − U_Б0 = 1,1В −1,08В = 0,02В 

 U_Б′ = U_Б1 − U_Б0 = 0,98В −1,08В = 0,1В

 

                                       ОЭ

 

h_11Э =∆U_Б/∆J_Б = 0,02/0,1*10³ = 200 Ом

h_12Э =∆U_Б ′/U_К0= 0,1/18 = 0,0056

h_21Э =∆J_К /∆J_Б = 4/0,1 = 40

h_22Э =∆J_К′ /∆U_К′= 10⁻³/18 = 5,5*10⁻⁵ Сим.

 

                                        ОК

 

h_11К = h_11Э = 200 Ом

h_12К = 1

h_21К = − (1+ h_21Э) = − 41

h_22К = h_22Э = 5,5*10⁻⁵ Сим

 

                                        ОБ

 

h_11Б = h_11Э/1+ h_21Э = 200/41 = 4,88 Ом

∆h_Э = h_11Э* h_22Э = h_12Э* h_21Э = 200*5,5*10⁻⁵ − 0,0056*40 = 0,011− 0,024 = − 0,213

h_12Б = (∆h_Э − h_21Э)/(1+ h_21Э) = (−0,213−40)/(1+40) = −40,213/41 = − 0,98 

 − коэффициент обратной связи;

h_22Б = h_22Э/(1+ h_21Э) = 5,5*10⁻⁵/41 = 1.34*10⁻⁶ сим    − выходная проводимость.

h_21Б= − h_11Б/(1+ h_21Э) = − 40/41 = − 0,976.

 

2. Задание 2. Расчёт транзисторных усилительных каска­дов.

  Рассчитать усилительные каскады на биполярном и полевом транзисторе, в соответствии с вариантом задания табл.1.2. Тип биполярного и полевого транзистора для этих усилительных кас­кадов, а так же их рабочие точки по постоянному току взять из задачи 1.1 (табл. 1.1). Критерием расчета каскадов является получение максимальной мощности на сопротивлении R_Hпри заданных нелинейных искажениях . Для всех вариантов заданий принять коэффициенты частотных искажений равными М_Н=М_В=1,2.

Варианты заданий выбираются по табл.1.2 согласно номеру в списке группы.

 

                                                            Табл.1.2. Варианты заданий задачи 2

Номер вариан.	Тип каскада		кОм	S	%	fH,          Гц	fB, кГц
1	ОЭ		3,5	3,5	1,5	55	10,5
2	ОЭ		2,0	3,2	1,3	70	12
3	ОБ		1,5	3,8	1,6	65	П,5
4	ОБ		1,8	4,5	1,4	50	16,5
5	ОК		1,0	4,2	2,1	75	13,5
6	ОБ	ОС	3,8	3,6	1,7	65	15,8
7	ОЭ		2,5	4,6	1,2	80	12,5
8	ОЭ		1,2	5,0	1,1	45	17
9	ОК		0,8	5,5	1,8	85	18
10	ОК		0,5	4,8	1,9	90	20
11	ОЭ	ОИ	3,5	3,0	1,58	60	12,5
12	ОЭ		2,2	3,2	1,5	75	12
13	ОБ		1,5	3,8	1,7	65	12,5
14	ОБ		1,7	4,5	1,3	50	13,5
15	ОК		1,2	4,2	2,2	75	13,0
16	ОБ	ОС	3,2	4,2	1,7	60	13,2
17	ОЭ		2,5	4,6	1,2	80	12,5
18	ОЭ		1,3	5,0	1,3	48	19
19	ОК		0,8	5,5	1,8	85	18
20	ОК	ОИ	0,5	4,8	1,9	90	20
21	ОЭ		1,2	5,0	1,1	45	17
22	ОБ		4,0	4	1,7	60	15,5
23	ОБ		3,0	3	1,4	60	17,5
24	ОЭ		2,5	4,6	1,2	80	12,5
25	ОЭ	ОС	1,2	5,0	1,1	45	17
26	ОК		0,8	5,5	1,8	85	18
27	ОК		0,5	4,8	1,9	90	20
28	ОЭ		1,2	5,2	1,3	50	16

 

Расчет транзисторного усилительного каскада

На рис.2.1-2.3 приведены схемы усилительных кас­кадов на биполярных транзисторах, а на рис.2.4 и 2.5 - схе­мы усилительных каскадов на полевых транзисторах. Данные схемы рекомендуются к расчёту при решении задачи 2.1.

Рас­чёт усилительных каскадов данной задачи значительно облегча­ется тем, что рабочие точки транзисторов по постоянному току выбраны, найдены h-параметры в этой точке в задаче 1.1.

Методика расчёта усилительных каскадов на транзисторах дана в работах [1,2,4,8,9].

Задача 2.1 может быть разбита на две части:

- расчёт каскада по постоянному току;

- расчёт каскада по переменному току.

В ходе расчётов по постоянному току определяются типы и номиналы резисторов каскада. Расчёт по постоянному току за­вершается определением величины коэффициента температурной нестабильности S, а также проверкой критерия правильности проведенных расчётов:

                               (Rl ||R2)>(5 …10)h_11Э,

где символ || означает параллельное соединение резисторов.

  В том случае, если после ряда итераций, при расчёте по по­стоянному току не удаётся уменьшить величину коэффициента S, рекомендуется заменить резистор R2 термистором. Методика выбора термистора дана на стр. 18 работы [13].

 

 

 

 

 

 

                                                                                     Рис.2.1.Схема каскада с ОЭ                                                                                                            

 

                                                                                      Рис.2.2. Схема каскада с ОК

                                                                                                   

  

 

                                                                                                 

                                                                                      

 

 

                                                                                    

                                                                                      Рис.2.3.Схема каскада с ОБ                                                                                                 

             

 

 

                                                                              

 

 

                                                                                      Рис.2.4. Схема каскада с ОИ   

 

 

 

 

                                                                                                              

                                                                                     Рис.2.5. Схема каскада с ОС                                                                                            

 

Расчёт каскада по переменному току проводится в области СЗЧ. Используя схему замещения каскада в области СЗЧ, рассчи­тываем его коэффициенты передачи: по напряжению К_U, току К_J, и мощности К_P = К_U К_J, а также входное R_ВХ и выходное R_ВЫХ сопротивление каскада.

Задаваясь величиной сопротивления источника входного сигнала R_Г = (2...3)R_ВХ по методу пяти ординат проводим рас­чёт нелинейных искажений каскада .

  Для расчета величины коэффициента нелинейных искажений  используются два метода:

  - в режиме, близком к линейному (режим класса А) используется метод пяти ординат;

  - в нелинейном режиме (режим класса В и АВ) используется метод углов отсечки, т.е. определение амплитуд гармоник через коэффициенты Берга.

Метод пяти ординат основывается на работе со сквозной динамической характеристикой, представляющей зависимость токов коллектора транзистора от ЭДС источника высокочастотного сигнала с учетом его внутреннего сопротивления R_ИСТ.

            На сквозной характеристике определяем определяем значения J_К, соответствующие точкам t =0; /6, /2, 3 /2, 7 /6 гармонического входного сигнала, т.е точкам, в которых величина входного сигнала (его переменной составляющей) равна соответственно 0, Е_m/2, E_m, −Е_m/2, −E_m, Вольт, вводя  соответственно их обозначения  J_К0, J_1/2, J_max , J_−1/2, J_min, пользуясь которыми можно вычислить ампулитуды гармоник тока  J_m1, J_m2, J_m3, J_m4 и т.д. по следующим формулам:

  

J_m1= [J_max− J_min + J_1/2 − J_−1/2] ×1/3,

   

J_m2= [J_max+ J_min − J_К0] ×1/4

    

  J_m3= [J_max− J_min − 2(J_1/2− J_−1/2)]×1/6,

 

  J_m4 = [J_max + J_min − 4(J_1/2 + J_−1/2) +6 J_К0] ×1/12.

 

При этом приращение постоянной составляющей

                 ΔJ_K0 = [J_max + J_min + 2(J_1/2 − J_−1/2) − 6 J_К0] 1/6

должно быть мало, не превышать нескольких единиц процентов от значения  J_К0 (это может служить проверкой правильности проведенных графических построений и вычислений).

Коэффициенты нелинейных искажений в отношении каждой из гармоник

могут быть получены из соотношений

   ₂= (J_m2/J_m1)100%,  ₃= (J_m3/J_m1)100%,     ₄=(J_m4/J_m1)100%,

                       = [( ₂)² + ( ₃)² + ( ₄)²]^1/2.

 

   Если полученные значения   превышают заданные, уменьшаем амплитуду входного сигнала и данный расчёт повторяем до тех пор, пока не получим нелинейные искажения каскада на уровне (не более) заданных. Рекомендуется начать расчёт для максимально­го значения амплитуды входного сигнала Е_Г, а затем, уменьшая данную амплитуду, получить заданные нелинейные искажения каскада .                                      

Максимальная амплитуда сигнала Е_Гmax, также как и амплитуды токов коллектора (стока), выбираются по сквозной динамической характеристике каскада: J_к = Jк(Ег) - для каскада на биполярном транзисторе, либо Jc = Jс(Ег) - для каскада на по­левом транзисторе.

Сквозную динамическую характеристику J_к = J_к(Ег) каскада на биполярном транзисторе строим в соответ­ствии с формулами:

       J_к = J_к (J_б) - выходная ВАХ (по точкам нагрузочной прямой),

       E_r = J_бRr + Uбэ(l +Rr/R);

       где R = R₁||R₂ - для каскада с ОЭ и ОК, либо R = R_Э - для каскада с ОБ.

    Заметим, что пять ординат тока (Jmax, J_1/2, J_К0, J_−1/2, J_min ) мы получаем относительно рабочей точки каскада по постоянному току, отло­жив на оси напряжений (ось абсцисс) влево и вправо по два от­резка величиной 0,5Е_Гmax. (рис.2.6).

   Расчёт нелинейных искажений усилительного каскада на полевом транзисторе проще, чем для каскада на биполярном транзисторе (ввиду огромного входного сопротивления полевого транзистора). Сквозную динамическую характеристику I_c= f(Er) каскада на полевом транзисторе строим в соответствии с форму­лами:

        Jc = Jc (U_зи); - выходная BAX (по точкам нагрузочной прямой),

        Е_г = U_зи.

     

 Расчёт каскада по переменному току заканчиваем выбором конденсаторов: блокирующих (С_б, С_Э, либо С_И) и разделительных (Ср₁, Ср₂). Величины конденсаторов рассчитываем для области НЗЧ (f_H). Причём, блокирующие конденсаторы рассчитываются таким образом, чтобы их сопротивление было в 10 раз ниже, чем у соответствующего блокируемого резистора. Тогда их влиянием на величину коэффициента частотных искажений М_Н можно пренебречь, а данный коэффициент «распределить» поровну между разделительными конденсаторами С_Р1, С_Р2,  М_Н1 = М_Н2= = .

   

  Часть пояснительной записки проекта, касающейся задания 2, разделяется на две части в соответствии со схемой усилительного каскада и в каждой части необходимо привести:

- задание;

- краткое изложение теоретических сведений об усилитель­ном каскаде (почему каскад получил такое название, назначение каждого из элементов каскада, принцип работы каскада);

- перечислить особенности каскада, и область его примене­ния;

- затем провести отдельно расчёт по постоянному и пере­менному току;

- входная, выходная (стоко-затворная) ВАХ транзистора с необходимыми построениями (нагрузочные прямые по постоян­ному и переменному току);

- расчётные соотношения для элементов схемы каскада, вы­бор их величины

- схемы замещения каскада в области СЗЧ;

- расчётные соотношения и величины параметров каскада по переменному току;

- сквозные динамические характеристики каскадов;

- расчёт нелинейных искажений каскадов.

---

Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 518; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!