Курсовая работа
по дисциплине «Основы схемотехники»
на тему:
«Расчёт усилительного каскада на биполярном транзисторе, выполненного по схеме с общим эмиттером»
Цель работы: закрепить практические навыки расчета и измерения технических характеристик усилительных каскадов путем расчета усилительного каскада на биполярном транзисторе BSX20, выполненном по схеме с общим эмиттером
1. Расчёт параметров транзистора bsx20
1.1. Построение семейства статических входных и выходных характеристик транзистора BSX20, соответствующих схеме с ОЭ.
1.1.1. Снятие семейства входных характеристик транзистора BSX20, соответствующих схеме с ОЭ Iб = f(Uбэ) при Uкэ = 0 В и Uкэ = 10 В.
Для этого собрали схему 1 для измерения параметров транзистора.
Схема 1. Снятие семейства входных характеристик транзистора
Полученные значения IБ и UБЭ сведем в таблицу 1. По ним построим семейство статических входных характеристик транзистора BSX20.
Таблица 1.
Семейство статических входных характеристик транзистора BSX20 соответствующих схеме с ОЭ Iб = f(Uбэ) при Uкэ = 0 В и Uкэ = 10 В.
UКЭ=0В |
UКЭ=10В |
|||
IБ |
UБЭ |
IБ |
UБЭ |
|
53,24 мкА |
468,3 мВ |
50,51 мкА |
641,9 мВ |
|
100,5 мкА |
485,2 мВ |
99,51 мкА |
659,4 мВ |
|
205,8 мкА |
504,8 мВ |
200,8 мкА |
677,6 мВ |
|
302,2 мкА |
515,7 мВ |
310,2 мкА |
688,9 мВ |
|
396,5 мкА |
523,6 мВ |
381,6 мкА |
694,2 мВ |
|
519,7 мкА |
531,8 мВ |
497,5 мкА |
701,1 мВ |
|
657,8 мкА |
539,2 мВ |
588,5 мкА |
705,4 мВ |
|
759,7 мкА |
543,9 мВ |
722,5 мкА |
710,7 мВ |
|
900,3 мкА |
549,5 мВ |
940,8 мкА |
717,5 мВ |
|
1,107 мА |
556,8 мВ |
1,364 мА |
727,1 мВ |
|
1,444 мА |
566,6 мВ |
2,564 мА |
743,5 мВ |
По соответствующим данным построим график Iб = f(Uбэ) входных характеристик транзистора (график 1).
1.1.2. Снятие семейства выходных характеристик транзистора, соответствующих схеме с ОЭ Iк = f(Uкэ) при Iб = const.
Для этого соберем схему 2 для измерения параметров транзистора.
Схема 2. Снятие семейства выходных характеристик транзистора
Полученные значения тока коллектора транзистора Iк и напряжения между коллектором и эмиттером транзистора Uкэ при постоянном значении тока базы Iб = 25 мкА; Iб = 50 мкА; Iб = 75 мкА; Iб = 100 мкА; Iб = 125 мкА; Iб = 150 мкА сведем в таблицу 2. По ним построим семейство статических входных характеристик Iк = f(Uкэ) при Iб = const транзистора BSX20.
Таблица 2.
Семейство статических выходных характеристик транзистора BSX20 соответствующих схеме с ОЭ Iк = f(Uкэ) при Iб = const.
UКЭ |
IК при IБ=25 мкА |
IК при IБ=50 мкА |
IК при IБ=75 мкА |
IК при IБ=100 мкА |
IК при IБ=125 мкА |
IК при IБ=150 мкА |
0 В |
24,95 мкА |
49,86 мкА |
-74,7мкА |
-99,53мкА |
-124,3мкА |
-149,0 мкА |
0,5 В |
1,695 мА |
3,037 мА |
4,184 мА |
5,201 мА |
6,125 мА |
6,997 мА |
1,0 В |
1,704 мА |
3,053 мА |
4,205 мА |
5,227 мА |
6,156 мА |
7,013 мА |
2,0 В |
1,721 мА |
3,083 мА |
4,247 мА |
5,280 мА |
6,218 мА |
7,083 мА |
3,0 В |
1,738 мА |
3,114 мА |
4,289 мА |
5,332 мА |
6,280 мА |
7,153 мА |
4,0 В |
1,755 мА |
3,144 мА |
4,331 мА |
5,385 мА |
6,341 мА |
7,224 мА |
5,0 В |
1,772 мА |
3,175 мА |
4,374 мА |
5,437 мА |
6,403 мА |
7,294 мА |
6,0 В |
1,789 мА |
3,206 мА |
4,416 мА |
5,490 мА |
6,465 мА |
7,365 мА |
7,0 В |
1,806 мА |
3,236 мА |
4,458 мА |
5,542 мА |
6,527 мА |
7,435 мА |
8,0 В |
1,823 мА |
3,267 мА |
4,500 мА |
5,595 мА |
6,588 мА |
7,505 мА |
9,0 В |
1,840 мА |
3,298 мА |
4,542 мА |
5,647 мА |
6,650 мА |
7,576 мА |
10 В |
1,857 мА |
3,328 мА |
4,585 мА |
5,699 мА |
6,712 мА |
7,646 мА |
15 В |
1,943 мА |
3,481 мА |
4,795 мА |
5,962 мА |
7,021 мА |
7,998 мА |
20 В |
2,028 мА |
3,634 мА |
5,006 мА |
6,224 мА |
7,330 мА |
8,350 мА |
По соответствующим данным построим график Iк = f(Uкэ) выходных характеристик транзистора (график 2).
1.2. Определение h – параметров транзистора BSX20 графическим путём с помощью полученных вольтамперных характеристик транзистора для схемы с общим эмиттером.
1.2.1. Определим параметр h11э из семейства входных характеристик транзистора BSX20 Iб = f(Uбэ), полученных в пункте 1.1.1. По заданному току базы покоя Iбп=50 мкА, который определяет статический режим работы транзистора, на входной характеристике, соответствующей Uкэ=10 В, найдем рабочую точку "А", соответствующую этому току. Координаты точки "А": Iбп=50 мкА, Uбэп=641 мВ. Выберем вблизи рабочей точки "А" две вспомогательные точки приблизительно на одинаковом расстоянии и определим приращение тока базы ΔIб и напряжения ΔUбэ, по которым найдем дифференциальное сопротивление по формуле:
Из графика 1 получим, что Iб1=30 мкА, Iб2=80 мкА, Uбэ1=610 мВ, Uбэ2=654 мВ. Тогда h11э определится:
1.2.2. Определим параметр h12э из семейства входных характеристик транзистора BSX20 Iб = f(Uбэ), полученных в пункте 1.1.1. Для этого из рабочей точки "А" проведем горизонтальную линию до пересечения с характеристикой, снятой при Uкэ=0В. Приращение напряжения между коллектором и эмиттером транзистора BSX20 определим по формуле:
ΔUкэ= Uкэ2 – Uкэ1=10В – 0В=10В
Этому приращению ΔUкэ соответствует приращение напряжения между базой и эмиттером транзистора:
ΔUбэ= Uбэп – Uбэ3=641мВ – 464мВ=177мВ
Параметр h12э определим из формулы:
1.2.3. Определим параметр h21э из семейства выходных характеристик транзистора BSX20 Iк = f(Uкэ) при Iб = const. Найдем рабочую точку "А" на выходных характеристиках транзистора как точку пересечения прямой нагрузки (Ек = 5В, Rк = 620 Ом) с выходной ветвью ВАХ для Iбп = 50 мкА.
По оси токов Iк откладываем значение Ек/ Rк = 8,06 мА
По оси напряжения Uкэ откладываем Ек = 5В
Получаем следующие координаты рабочей точки "А": Iкп =3,1 мА, Uкэ=3 В. Проведем из рабочей точки вертикальную прямую до пересечения с ветвями ВАХ при Iб1 = 25 мкА и Iб3 = 75 мкА. Рассчитаем приращение тока базы ΔIб, взятого вблизи заданного значения тока базы Iбп, по формуле:
ΔIб = Iб3 – Iб1=75 мкА – 25 мкА=50мкА
Приращению ΔIб будет соответствовать приращение коллекторного тока, которое можно вычислить по формуле:
ΔIк = Iк2 – Iк1=4,3 мА – 1,8 мА = 2,5 мА
Параметр h21э определим из формулы:
1.2.4. Определим параметр h22э из семейства выходных характеристик транзистора BSX20 Iк = f(Uкэ) при Iб = 50 мкА. Для этого на ветви характеристики при Iбп = 50 мкА вблизи рабочей точки "А" выберем две вспомогательные точки приблизительно на одинаковом расстоянии и определим приращение напряжения между коллектором и эмиттером транзистора:
ΔUкэ = Uкэ2 – Uкэ1= 5В – 1В = 4 В
Uкэ вызывает приращение коллекторного тока:
ΔIк=Iк4 – Iк3=3,15мА – 3,05мА = 0,1 мА
Тогда параметр h22э будет равен:
1.3. Найдем входное и выходное сопротивление транзистора BSX20 по формулам:
1.4. Определим коэффициент передачи по току транзистора BSX20 β: