Введение

Курсовая работа по дисциплине «Схемотехника аналоговых электронных устройств» заключается в расчете типового усилительного каскада на биполярном транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером.

Целью курсовой работы является:

- закрепление теоретических знаний, полученных при изучении дисциплины;

- формирование углубленного понимания физических процессов в усилительных устройствах;

- изучение методов расчета усилительных устройств и их основных параметров;

- ознакомление с элементной базой аналоговых электронных устройств;

- получение навыков информационного поиска и пользования справочной информацией;

- ознакомление с системой стандартизации и приобретение опыта применения стандартов в практической деятельности;

- усвоение правил составления и оформления технической документации.

Выполнение данной курсовой работы призвано активизировать самостоятельную работу студентов, и является важным этапом в формировании профессиональных компетенций.

1 Исходные данные

Тип транзистора	КТ312В
Напряжение источника питания, E	15 В
Сопротивление в цепи коллектора, RК	430 Ом
Сопротивление нагрузке, RН	620 Ом

Проектируемое устройство основано на биполярном транзисторе КТ312В. Транзистор КТ312В - кремниевый эпитаксиально-планарный n-p-n типа, используемый для усиления и генерирования колебаний высокой частоты, для работы в быстродействующих импульсных схемах.

Таблица 1 - Электрические параметры транзистора КТ312В

Наименование	Обозначение	Значения
		min	типовое	max
1.1. Обратный ток эмиттера при Uэ=4В, мкА	I эбо		0,1	10
1.2. Обратный ток коллектора, мкА	I кбо		0,2	10
1.3. Коэффициент обратной связи по напряжению в режиме малого сигнала	h21б			3·10-9
1.4. Модуль коэффициента передачи на высокой частоте - 20 М Гц	|h21э|	6	9
1.5. Статический коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ при Тс = +85 0С при Тс = - 40 0С	h21э	50 50 25		280 560 280
1.6. Емкость коллекторного перехода, пФ (при Uк=10 В)	Ск		3,5	5
1.7. Постоянная времени цепи ОС на высокой частоте, пс				500

Таблица 2: Максимально допустимые параметры. Гарантируются при температуре окружающей среды Т_с = –40…+85 ⁰С

Iк max – постоянный ток коллектора, мА	30
Iк и max – импульсный ток коллектора, мА	60
Uк бmax – постоянное напряжение коллектор-база, В	20
Uкэ max – постоянное напряжение коллектор-эмиттер (при Rб  100Ом), В	20
Uбэ max – постоянное напряжение эмиттер-база, В	4
Pк max – постоянная рассеиваемая мощность (Тс25), мВт	225
R п мах - температура перехода, 0С / мВт	0,4
Допустимая температура окружающей среды, 0С	-60…+120

Таблица 2: Входные и выходные характеристики биполярных транзисторов.

Транзисторы	Входные характеристики	Выходные характристики
1	2	3
КТ312, КТ312Б, КТ312В,

2 Выбор режима работы транзистора

2 Выбор режима работы транзистора

Схема включения биполярного транзистора:

Рисунок 1 - Схема включения биполярного транзистора с общим эмиттером и с эмиттерной стабилизацией

Описание схемы:

Входной сигнал U_ВХ подается на базу транзистора через конденсатор С_Б. Усиленный сигнал U_ВЫХ снимается с резистора R_К и через конденсатор С_К подается в нагрузку. Конденсатор С_Б исключает влияние источника сигнала на режим работы транзистора по постоянному току. Емкость конденсатора C_Б выбирают такой, чтобы его сопротивление в полосе пропускания усилителя было пренебрежимо мало по сравнению с входным сопротивлением каскада. Конденсатор С_К исключает влияние нагрузки на режим работы транзистора по постоянному току. Емкость конденсатора С_К выбирают такой, чтобы его сопротивление в полосе пропускания усилителя было пренебрежимо мало по сравнению с сопротивлением нагрузки.

Конденсаторы С_Б и С_К называют переходными или разделительными. В первом случае подчеркивается их роль по переменному току, а во втором случае – по постоянному току.

Режим работы транзистора по постоянному току задается делителем

напряжения в цепи базы R_Б1, R_Б2 и сопротивлением R_Э в цепи эмиттера. Делитель напряжения должен быть достаточно низкоомным, чтобы возможные в процессе эксплуатации изменения тока базы транзистора (например, при изменении температуры окружающей среды, смене транзистора и т. п.) не приводили к заметному изменению напряжения на базе транзистора.

На семействе выходных характеристик транзистора, рисунок 3, построим нагрузочную прямую по постоянному току. Сопротивление в цепи эмиттера возьмём из соотношения: R_Э = 0,2 R_К.

Такое сопротивление обеспечит достаточно высокую стабильность рабочей точки и не сильно уменьшит коэффициент использования напряжения источника питания.

R_э =0,2*R_к (1)

R_э =0,2*430=86 Ом.

По номинальному ряду Е24 выбираю R_э=330 Ом. В последующих вычислениях используем стандартное значение сопротивления R_Э.

Уравнение нагрузочной прямой имеет вид:

, (2)

Нагрузочную прямую построим по двум точкам:

1. при I_к=0, = U_кэ=Е при I_к=0, = U_кэ=15В

2. при U_кэ=0, => при U_кэ=0,=> I_к=0,03A

По формуле (3) рассчитываем напряжение коллектор-эмиттер в рабочей точке U_КЭ рт:

(3)

По рисунку 2 определим значение I_Крт:

Рисунок 2 - Выходные характеристики транзистора КТ208Г

По рисунку 2 определим значения I_{Б рт} и U_БЭрт:

Рисунок 3 - Входные характеристики транзистора КТ312Г

Параметры рабочей точки (РТ):

3 Расчет делителя в цепи базы

Рассчитаем сопротивления делителя R_Б1, R_Б2 в цепи базы. Чем больше будет сквозной ток делителя I_Д = , тем стабильнее будет режим работы при замене транзистора и изменении температуры окружающей среды, но тем больше будет ток, потребляемый каскадом от источника питания, поэтому сквозной ток делителя выбирают из компромиссных соображений. На практике сквозной ток делителя выбирают из условия I_Д = (3÷10) I_Б рт.

Ток делителя I_д, протекающий через R₂ выберем из условия, возьмем:

_Iд=5* I_{Б рт} =5*0,15=0,75 мА

Согласно закону Ома, сопротивление резистора составляет:

(4)

Определим величины резисторов R_Б1 и R_Б2:

(5)

По номинальному ряду Е24 выбираю R_Б2=1 Ом

Пересчитаем ток делителя:

(6)

По номинальному ряду Е24 выбираем R_Б1 = 15 Ом

4 Определение h-параметров транзистора по статическим характеристикам

По статическим характеристикам транзистора можно определить три из четырех h-параметров: входное сопротивление h_11Э, статический коэффициент передачи тока базы транзистора h_21Э и выходную проводимость h_22Э.

Входное сопротивление (формула 7) при коротком замыкании по переменному току на выходе транзистора (U_КЭ = const) определим по входным характеристикам транзистора. Для этого зададим приращение напряжения база-эмиттер ΔU_БЭ симметрично относительно рабочей точки и определим соответствующее приращение тока базы ΔI_Б (рисунок 5).

Рисунок 4 - Приращение тока базы и напряжения база-эмиттер

(7)

Статический коэффициент передачи тока базы транзистора (формула 8) при коротком замыкании по переменному току на выходе транзистора (U_КЭ = const) определим по выходным характеристикам транзистора. Для нахождения параметра h_21Э  зададим приращение тока базы ΔI_Б и определим соответствующее приращение тока коллектора ΔI_К (рисунок 6

Рисунок 5 - Приращение тока коллектора и тока базы

Выходную проводимость h₂₂ (формула 9) в режиме холостого хода на входе транзистора (I_Б = const) определим также как и параметр h_21Э по выходным характеристикам транзистора. Для нахождения параметра h_22Э  зададим приращение напряжения коллектор-эмиттер ΔU_КЭ и определим соответствующее приращение тока коллектора ΔI_К (рисунок 7). Условию I_Б = const будут отвечать точки, лежащие на выходной характеристике, проходящей через рабочую точку транзистора. Поскольку выходные характеристики линейны в широком диапазоне напряжений, то приращение ΔU_КЭ может быть достаточно большим, при этом его симметричность относительно рабочей точки не имеет значения.

Рисунок 6 – приращение тока коллектора и напряжения коллектор-эмиттер

Четвертый параметр – коэффициент обратной связи по напряжению h_12Э по приводимым в справочниках статическим характеристикам определить невозможно. У маломощных транзисторов коэффициент обратной связи по напряжению h_12Э = (1÷10)·10^–4.

h_12Э =8*10^-4=0,0008