Расчет характеристик транзистора

ЗАДАЧА 1

Дано: транзистор КТ605А, напряжение питания Е_К = 15 В, сопротивление нагрузки R_Н = 200 Ом, постоянный ток смещения в цепи базы I_Б0 = 750 мкА, амплитуда переменной составляющей тока базы I_БМ= 375 мкА.

Выходные статические характеристики транзистора с необходимыми построениями показаны на рисунке 1.1. Нагрузочная линия соответствует графику уравнения I_К = (E_К-U_КЭ)/R_Н. На семействе выходных характеристик ордината этой прямой при U_КЭ = 0 соответствует точке I_К = E_К/R_Н. Абсцисса при I_К=0 соответствует точке U_КЭ=Е_К. Соединение этих координат и является построением нагрузочной линии.

Рисунок 1.1. Выходные характеристики КТ605А В нашем случае координаты нагрузочной линии: I_К = 15/200 = 75 мА и U_КЭ = 15 В. Соединяя эти точки, получаем линию нагрузки.

Пересечение нагрузочной линии с заданным значением тока базы I_Б0 определяет рабочую точку (РТ) транзисторного каскада, нагруженного на резистор. В нашем случае рабочая точка соответствует пересечению нагрузочной прямой с характеристикой при I_Б= 750 мкА.

Координаты рабочей точки дают значение рабочего режима выходной цепи U_КЭ0 и I_К0. Определяем параметры режима по постоянному току.

I_К0 = 33,8 мА и U_КЭ0 = 8,2 В.

На входных характеристиках (рисунок 1.2) рабочую точку определяем как точку пересечения ординаты, соответствующей току I_Б0 =750 мкА, и характеристики при U_КЭ = 10 В (РТ). Определяем: U_БЭ0 = 0,77 В.

Рисунок 1.2. Входные характеристики КТ605А По заданному изменению синусоидального тока базы с амплитудой I_БM, определяем графически амплитуды токов и напряжений на электродах транзистора. Строим временные диаграммы переменного тока коллектора, напряжения коллектора и базы для случая синусоидального входного тока с амплитудой I_БМ = 375 мкА. Временные диаграммы строятся с учетом того, что напряжения на базе и коллекторе противофазные, и с соблюдением одинакового масштаба по оси времени. После построения временных диаграмм необходимо оценить, имеются ли заметные искажения в выходной цепи транзистора или нет.

Из временных диаграмм видно, что под действием переменного входного тока рабочая точка на выходных характеристиках двигается вдоль линии нагрузки. Если рабочая точка какую-либо часть периода входного тока попадает в область насыщения или отсечки сигнала, необходимо уменьшить амплитуду входного сигнала до величины, при которой рабочая точка не будет выходить за пределы активной области работы прибора.

Дальнейшие расчеты производятся только для активного режима работы прибора, называемого иногда линейным или неискажающим.

При нахождении из графиков величин I_КМ, U_БМ следует обратить внимание, что амплитудные значения для положительных и отрицательных полуволн сигнала могут быть неодинаковыми, а значит усиление большого сигнала и в активном режиме сопровождается некоторыми искажениями.

Для дальнейших расчетов значения амплитуд определяется как средние за период.

По выходным статическим характеристикам (рисунок 1.1) находим положительные и отрицательные амплитуды токов и напряжений.

I^-_КМ = 16,5 мА и I⁺_КМ = 19 мА, а также U⁺_КМ = 3,29 В и U^-_КМ = 3,8 В.

Затем определяем среднее значение амплитуд.

I_КМ = (I^-_КМ + I⁺_КМ)/2 = (16,5 + 19)/2 = 17,75 мА,.

U_КМ= (U^-_КМ + U⁺_КМ)/2 = (3,8 + 3,29)/2 = 3,545 В, По входным характеристикам находим U⁺_БМ = 0,045 В и U^-_БМ = 0,068 В.

U_БМ= (U^-_БМ + U⁺_БМ)/2 = (0,068 + 0,045)/2 = 0,0565 B.

Затем определяем:

К_I = I_КМ/I_БМ = 17,75/0,375=47,3, К_U = U_КМ/ U_БМ = 3,545/0,0565 =62,74,.

К_Р = К_I · К_U = 47,3 · 62,74 = 2967,6.

Находим R_ВХ = U_БМ/ I_БМ = 0,0565/0,375 = 150,67 Ом.

Определяем полезную мощность, мощность рассеиваемую на коллекторе и потребляемую мощность.

P_~= (U_КМ · I_КМ)/2 = (3,545 · 17,75)/2 = 31,46 мВт;

P_К0 = U_КЭ0 · I_К0 = 8,2 · 0,0338 = 277,16 мВт;

P_ПОТР = Е_КЭ · I_К0 = 15 · 0,0338 = 507 мВт;

Далее находим коэффициент полезного действия каскада.

з = P_~/ P_ПОТР · 100% = 31,46/507 · 100% = 6,2%.

ЗАДАЧА 2

Находим hпараметры в рабочей точке, которая определена в задаче 1. Параметр h_11Э определяем следующим образом. На входных характеристиках (рисунок 2.1) задаемся приращением тока базы ДI_Б= ± 50=100 мкА относительно рабочей точки I_Б0=750 мкА.

Рисунок 2.1. Входные характеристики КТ605А Соответствующее приращение напряжения база-эмиттер составит ДU_БЭ = 0,012 В. Тогда входное сопротивление.

h_11Э= ДU_БЭ /ДI_Б= 0,012/100· 10^-6 = 120 Ом По выходным характеристикам находим параметры h_21Э и h_22Э. Определение параметра h_21Э показано на рисунке 2.2.

Задаемся приращением тока базы относительно рабочей точки также ДI_Б= ± 50 = 100 мкА и соответствующее приращение тока коллектора составляет ДI_К = 5,22 мА. Коэффициент передачи тока базы составит.

h_21Э= ДI_К /ДI_Б= 5,22· 10^-3/100·10^-6 = 52,2.

Рисунок 2.2. Выходные характеристики КТ605А На рисунке 2.3 показано определение выходной проводимости h_22Э. Около рабочей точки задаемся приращением напряжения коллектор-эмиттер.

Принимаем ДU_КЭ = 4 В. Соответствующее приращение тока коллектора составляет ДI_К = 1,3 мА и выходная проводимость равна:

h_2Э = ДI_К /ДU_КЭ = 1,3· 10^-3/4 = 0,325· 10^-3 Сим Параметр h_12Э по характеристикам обычно не определяется, так как входные характеристики для рабочего режима практически сливаются и определение параметра даёт очень большую погрешность.

Рисунок 2.3. Выходные характеристики КТ603А.

ЗАДАЧА 3

Для данного транзистора на частоте f = 20 МГц модуль коэффициента передачи тока H_21Э = 3 и постоянная времени цепи коллектора t_К= 210 пс.

Коэффициент передачи тока базы H_21Э в зависимости от частоты определяется формулой:

.

Преобразуя её, получим:

МГц.

Итак: f_H21Э = 1,151 МГц.

Предельная частота для схемы с общей базой определяется как.

f_H21Б = f_H21Э · (h_21Э+1) = 1,151 · (52,2+1) = 61,23 МГц.

Граничная частота f_ГР ? f_H21Э · h_21Э = 1,151 · 52,2 = 60,082 МГц.

Максимальная частота генерации определяется формулой.

МГц,.

Где .

Построить зависимости и.

Для этого проделать вычисления используя формулу.

.

а для второго случая формулу.

Вычисления проводим до тех пор, пока коэффициенты передачи снизится более чем в 10 раз. Результаты вычислений занести в таблицы 3.1 и 3.2.

ток полевой транзистор коллектор Таблица 3.1.

f, МГц.
	39,405.	26,037.	11,710.	5,969.	2,999.	1,201.	0,601.	0,300.
	0,755.	0,499.	0,224.	0,114.	0,057.	0,023.	0,012.	0,006.
f, МГц
	0,981	0,978	0,968	0,933	0,760	0,287	0,060	0,030
	1,000	0,997	0,987	0,951	0,971	0,293	0,061	0,031

Строим графики, откладывая частоту в логарифмическом масштабе, а коэффициенты передачи тока в относительных единицах в линейном масштабе. (Рисунок 3.1).

Рисунок 3.1. Зависимость относительного коэффициента передачи тока от частоты.

ЗАДАЧА 4

Дано: полевой транзистор типа КП 903 А, U_{СИ 0} = 10 В, U_ЗИ 0 = 8 В.

Для построения характеристики прямой передачи по графику выходных характеристик определяем ток стока при U_ЗИ = 0 В, 1 В и т. д. (рисунок 4.1).

Рисунок 4.1. Выходные характеристики полевого транзистора КП 903 А Результаты приведены в таблице 4.1.

Таблица 4.1.

По полученным результатам строим характеристику прямой передачи (рисунок 4.2). Определяем крутизну и строим её зависимость от напряжении на затворе. Для этого сначала находим крутизну при напряжении на затворе U_ЗИ=0,5 В.

Определяем токи I'_c = 407 мА и I''_c = 313 мА при напряжениях U'_ЗИ=0 В и U''_ЗИ = 1 В соответственно (рисунок 4.1). Затем вычисляем крутизну.

мА/В.

Рисунок 4.2. Характеристика прямой передачи КП 903 А Аналогично проделываем эту операцию для UЗИ = 1В; 1,5 В и т. д. Результаты вычислений занесены в таблицу 4.2 и строим график (рисунок 4.3).

Таблица 4.2.

Для определения выходного сопротивления Ri задаемся приращением ДU_СИ = ± 2 В относительно напряжения U_СИ = 10 В (рисунок 4.4). Определяем приращение тока стока при напряжении на затворе 0 В, вычисляем значение. Результат заносим в таблицу 4.3. Аналогично проделываем для U_ЗИ=1 В; 2 В и т. д. На рисунке 4.3 строим зависимость Ri = f (U_ЗИ).

Из рисунка 4.3 определяем значение крутизны для тех же величин, что и Ri. Результат так же заносим в таблицу 4.3.

В заключении определяем коэффициент усиления транзистора м = SЧ Ri.

Результат так же заносим в таблицу 4.3 и строим зависимость (рисунок 4.3).

Таблица 4.3.

Рисунок 4.3 Зависимость дифференциальных параметров от Uзи.

Рисунок 4.4 Выходные характеристики полевого транзистора КП 903 А (определение выходного сопротивления Ri).

• 1. Электронные, квантовые приборы и микроэлектроника. Под редакцией Федорова Н. Д. — М.: Радио и связь, 1998.-560 с.
• 2. Электронные приборы. Под редакцией Шишкина Г. Г. -М.: Энергоатомиздат, 1989.-496 с.
• 3. Батушев В. А. Электронные приборы. -М.: Высшая школа, 1980. -383 с.
• 4. Савиных В. Л. Физические основы электроники. Методические указания и контрольные задания. СибГУТИ, 2002.