5. Расчет параметров элементов схемы замещения транзистора

Рассчитаем физические малосигнальные параметры П-образной схемы замещения

биполярного транзистора (рис. 5). Эта схема известна также в литературе под названиями «гибридная схема замещения» и «схема замещения Джиаколетто».

Напряжение коллектор-база в рабочей точке U_КБ рт рассчитаем по формуле:

U_КБ рт = E – I_К ртR_К – (I_К рт +I_Б рт)R_Э – U_БЭ РТ=

=

Емкость коллекторного перехода при напряжении коллектор-база U_КБ = U_КБ рт:

=

где   – емкость коллекторного перехода при напряжении коллектор-базаU_КБ = .

Значения ивзяли из справочника, причем значение– из той же строки справочника, что и(колонка «Режимы измерения»).

Выходное сопротивление транзистора

=

Сопротивление коллекторного перехода транзистора

=

Сопротивление эмиттерного перехода транзистора для тока эмиттера

[Ом]=

Сопротивление эмиттерного перехода транзистора для тока базы

=

Сопротивление базы транзистора

r_б=×τ_к/С_к

Диффузионная емкость эмиттерного перехода

=

где  f_гр – граничная частота коэффициента передачи тока

f_гр = 20МГц

Крутизна транзистора

=м(А/В)

6. Расчет основных параметров каскада

Коэффициент усиления по напряжению

=

Коэффициент усиления по току

=

Коэффициент усиления по мощности

=

Входное сопротивление каскада

=

Выходное сопротивление каскада

=

7. Оценка нелинейных искажений каскада

Построим нагрузочную прямую по переменному току, которая будет проходить через рабочую точку и точку B (рис.6) с напряжением

U_B = U_КЭ рт+I_К рт (R_К||R_Н)=

Оценим максимальную амплитуду выходного напряжения каскада U_ВЫХ m с учетом «подтягивания» рабочей точки к ближайшей выходной характеристике. Максимальная амплитуда U_ВЫХ m будет равна меньшему из двух напряжений: напряжения в рабочей точке U_КЭ рт и разности напряжений U_B – U_КЭ рт (рис. 6).

U_ВЫХ m = U_B – U_КЭ РТ = 12.94 – 6.5 = 6.44 В

В

Е

Uкэ рт

РТ

i_К1

i_К4 = Iк рт

i_К5

i_К3

i_К2

i_К6

I_Б5 = 4ΔI_Б

I_Б1 = 0

I_Б4 = 3ΔI_Б

I_Б3 = 2ΔI_Б

I_Б2 = ΔI_Б

E/(R_к+R_н)

I_Б6 =5ΔI_Б

U_ВЫХ m

Рис.6

Выходная характеристика

Построим сквозную характеристику каскада – зависимость тока коллектора i_К от напряжения база-эмиттер u_БЭ, для чего предварительно заготовьте следующую таблицу:

Таблица 1

IБ, мкА	0	25	50	75	100	125
UБЭ, В	0.3	0.5	0.59	0.62	0.64	0.67
IК, мА	0.1	1	2	3.05	4.05	4.9

Сквозную характеристику строим по нагрузочной прямой по переменному току. Количество столбцов в таблице будет равно количеству точек пересечения нагрузочной прямой по переменному току с выходными характеристиками транзистора. В таблице ΔI_Б – шаг по току базы, с которым приведены выходные характеристики в справочнике.

Каждую точку пересечения нагрузочной прямой по переменному току с выходными характеристиками транзистора спроецируем на ось токов (рис. 6). Полученные значения тока коллектора i_К1 – i_К9 занесем в таблицу.

Напряжения база-эмиттер, соответствующие токам i_К1 – i_К9, можно найти по входной характеристике транзистора (рис. 7), для чего на оси токов надо отложить значения токов базы из таблицы, спроецировать их на входную характеристику, а затем – на ось напряжений база-эмиттер. Если воспользоваться входными характеристиками транзистора, приводимыми в справочнике (как это показано на рис. 7), то точность отсчета напряжений база-эмиттер будет крайне низкой.

Рис. 7

Входная характеристика

i_Б1 = 0

i_Б5 = 4ΔI_Б

i_Б3 = 2ΔI_Б

i_Б2 = ΔI_Б

i_Б4 = 3ΔI_Б =I_{Б рт}

i_Б6 = 5ΔI_Б

РТ

U_кэ = 10

U_{Бэ рт}

u₁

u₆

Полученные значения база-эмиттер u₁ – u₆ (рис.7) занесем в таблицу 1.

I_к, мА

U_{бэ, В}

i_A

i_B

i_C

i_D

I_{k рт}

U_{БЭ m/2}

U_{БЭ m/2}

U_{БЭ m}

U_{БЭ m}

0

Рис. 8

Сквозная характеристика каскада

При подаче на вход каскада гармонического колебания с амплитудой U_БЭm напряжение база-эмиттер будет изменяться в пределах от U_{БЭ рт} – U_БЭm (точка A на рис.8) до U_{БЭ рт} + U_БЭm (точка B на рис.8). При увеличении амплитуды входного напряжения U_БЭm точки A и B будут удаляться от рабочей точки симметрично по оси напряжений. Найдем такое положение точек A и B, при котором они будут максимально удалены от рабочей точки, но не будут заходить на явно нелинейные участки сквозной характеристики. Нанесите точки A и B на график сквозной характеристики и запишите полученное значение максимальной амплитуды входного сигнала U_БЭm.

Оценим нелинейные искажения, вносимые каскадом, при максимальной амплитуде входного напряжения. Для оценки нелинейных искажений воспользуйтесь методом пяти ординат, который называют также методом Клина. Метод пяти ординат позволяет приближенно найти амплитуды первых четырех гармоник выходного колебания каскада и соответствующие коэффициенты гармоник.

Для использования метода пяти ординат построим на сквозной характеристике точки C и D, которые должны быть удалены от рабочей точки на половину амплитуды напряжения входного сигнала. В результате на сквозной характеристике получим пять равноудаленных по оси напряжений точек A, B, РТ, C и D, ординаты которых i_A, i_B, I_К рт, i_C, i_D, используются при расчете коэффициентов гармоник.

i_A = 1.78 мА

i_B = 4.79 мА

I_К РТ = 3.05 мА

i_C = 2.18 мА

i_D = 3.9 мА

Коэффициент второй гармоники

=

Коэффициент третьей гармоники

=

Коэффициент четвертой гармоники

=

Интегральный коэффициент гармоник

=