МОДЕЛЮВАННЯ БІПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА
МЕТА РОБОТИ
Ознайомлення з моделями біполярного транзистора для малого сигналу.
ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ
Для моделюванні транзисторів при роботі в режимі малого сигналу (лінійний режим) знаходить широке застосування гібридна П-образна малосигнальна модель, що має високу точність і є широкосмуговою. Для транзистора, включеного з ЗЕ, модель представлена на рис.4.1.
Рисунок 4.1 – Малосигнальна модель транзистора
Компоненти моделі мають наступний сенс:
- еквівалентна розподілена провідність бази;
- провідність переходу емітер-база;
- дифузійна ємність переходу емітер база;
- сумарна провідність витоку і дифузійна провідність колекторного переходу;
- бар'єрна ємність колекторного переходу;
- еквівалентна провідність переходу емітер-колектор;
S - еквівалентна провідність (крутизна) залежного джерела струму, керованого напругою на переході емітер-база.
Система рівнянь схеми на рис. 4.2, складена методом вузлових потенціалів, має наступний вигляд:
б | б΄ | К |
.
|
= | |||
б | Uб | Iб | |||||
б΄ | Uб΄ | Iб΄ | |||||
к | Uк | Iк |
(4.2)
Тут , , ,
, ,
, ,
- уявна одиниця,
- кутова частота.
Рішення даної системи рівнянь методом Крамера за умови, що струми і рівні нулю, дає наступні співвідношення для напругі на зовнішніх вузлах схеми:
|
|
, (4.2)
, (4.3)
де - визначник матриці провідності в (4.1).
По даних співвідношеннях визначаються функції даної схеми:
- комплексний коефіцієнт підсилення по напрузі:
, (4.4)
- вхідний комплексний опір:
. (4.5)
Частотні властивості функції схеми характеризуються амплітудно-частотною характеристикою (АЧХ), фазо-частотною характеристикою (ФЧХ). Наприклад, коефіцієнт підсилення транзистора по напрузі характеризуется:
- амплітудно-частотною характеристикою (АЧХ)
; (4.6)
- фазо-частотною характеристикою (ФЧХ)
. (4.7)
АЧХ – це залежність модуля комплексного коефіцієнта підсилення від частоти. ФЧХ – це залежність від частоти аргументу комплексного коефіцієнта підсилення.
ЛАБОРАТОРНЕ ЗАВДАННЯ
Завдання передбачає моделювання частотних характеристик коефіцієнта підсилення по напрузі і вхідного опору транзистора з ЗЕ. Варіанти завдань приведені в таблиці 4.1, де представлені параметри малосигнальної моделі транзистора.
Таблиця 4.1
№ | S (мА/В) | (мСм) | (пФ) | (пФ) | № | S (мА/В) | (мСм) | (пФ) | (пФ) |
1 | 30 | 0,1 | 5 | 5 | 16 | 90 | 0,4 | 20 | 25 |
2 | 34 | 0,12 | 6 | 7 | 17 | 94 | 0,42 | 21 | 37 |
3 | 38 | 0,14 | 7 | 9 | 18 | 98 | 0,44 | 22 | 39 |
4 | 42 | 0,16 | 8 | 11 | 19 | 102 | 0,46 | 23 | 41 |
5 | 46 | 0,18 | 9 | 13 | 20 | 106 | 0,48 | 24 | 43 |
6 | 50 | 0,2 | 10 | 15 | 21 | 110 | 0,5 | 25 | 45 |
7 | 54 | 0,22 | 11 | 17 | 22 | 114 | 0,52 | 26 | 47 |
8 | 58 | 0,24 | 12 | 19 | 23 | 118 | 0,54 | 27 | 49 |
9 | 62 | 0,26 | 13 | 21 | 24 | 122 | 0,56 | 28 | 51 |
10 | 66 | 0,28 | 14 | 23 | 25 | 126 | 0,58 | 29 | 53 |
11 | 70 | 0,3 | 15 | 25 | 26 | 130 | 0,6 | 30 | 55 |
12 | 74 | 0,32 | 16 | 27 | 27 | 134 | 0,62 | 31 | 57 |
13 | 78 | 0,34 | 17 | 29 | 28 | 138 | 0,64 | 32 | 59 |
14 | 82 | 0,36 | 18 | 31 | 29 | 142 | 0,66 | 33 | 61 |
15 | 86 | 0,38 | 19 | 33 | 30 | 146 | 0,68 | 34 | 63 |
|
|
Додаткові дані: См, мСм, мкСм.
У роботі необхідно:
- По співвідношенню (4.4), (4.6), (4.7) скласти програму для побудови в графічній формі АЧХ і ФЧХ коефіцієнта підсилення транзистора по напрузі. Графіки АЧХ побудувати у вигляді залежності і від частоти f. Визначити частоту , на якій модуль коефіцієнта підсилення приймає максимальне значення . Визначити нижню і верхню частоти смуги пропускання підсилювача, на яких коефіцієнт підсилення зменшується до значення або на 3дБ. При побудові графіків діапазон зміни частоти узяти по рівню . Вісь частот представити в логарифмічному масштабі.
- Досліджувати вплив на частотні характеристики коефіцієнта підсилення зміни крутизни S, а також ємності . Побудувати графіки АЧХ при збільшувані в два рази крутизни і зменшенні в два рази ємності .
- Скласти програму для розрахунку по співвідношенню (4.4) значень вхідного комплексного опору на частотах , , с представленням результатів в алгебраічній та показній формах:
|
|
,
При складанні програм можна використовувати символ на панелі інструментів Calculator для обчислення модуля комплексного числа, а на панелі інструментів Matrix для обчислення визначника матриці. Набір вбудованих операторів і функцій для роботи з тригонометричними функціями і комплексними числами вказується у вікні вставки вбудованих функцій, які викликаються командою Function, що знаходиться в меню Insert, а також за допомогою кнопки f(x).
ЗМІСТ ЗВІТУ
1. Короткі теоретичні відомості, розрахункові формули, еквівалентні схеми.
- Графіки АЧХ і ФЧХ коефіцієнта посилення транзистора по напрузі, причому АЧХ у вигляді залежностей і .
- Значення частот , , . Значення коефіцієнта підсилення .
- Графіки АЧХ при збільшенні крутизни S в 2 рази, зменшенні ємності в 2 рази.
- Значення комплексного вхідного опору транзистора на частотах , , з представленням даних у алгебраічній та показовій формах.
6. Висновки по виконаній роботі.
|
|
КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ
1. Намалюйте гібридну П-образну малосигнальну модель транзистора.
- Яку фізичну суть мають параметри , , ?
Яку фізичну суть мають параметри , , ?
- Яку фізичну суть має джерело струму, кероване напругою ?
4. Поясніть, як складена матриця провідності в рівнянні (1.12) ?
5. Поясніть метод Крамера рішення лінійних алгебраічних рівнянь.
6. Поясніть, що таке АЧХ і ФЧХ?
7. Поясніть переклад комплексних чисел з алгебраїчної форми уявлення в показову і навпаки ?
8. Запишіть формулу для представлення коефіцієнта підсилення в дБ?
9. Складити формулу для коефіцієнта підсилення схеми.
10. Складити формулу для вхідного опору схеми.
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 5
Дата добавления: 2018-05-12; просмотров: 350; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!