Содержание
Задание на курсовую работу……………………………………………....3
Введение…………………………………………………………………….4
1.Теоретическая часть…………………………………………………….5
1.1 Общие сведения о биполярных транзисторах……………………..5
1.2 Общие сведения об электронных усилителях…………………….10
1.3 Усилительный каскад на биполярном транзисторе с общим коллектором (эмиттерный повторитель)……………………………….11
2. Практическая часть……………………………………………………13
3. Расчетная часть………………………………………………………..16
Заключение……………………………………………………………….20
Список литературы………………………………………………………21
Приложение (электрическая принципиальная схема)………………...22
Введение
В современной электронике все большая роль отводится использованию достижений цифровой и (в несколько меньшей мере) аналоговой микросхемотехники. Устройства на микросхемах (более того, иногда только на микросхемах) стали проникать даже в те области, где ранее никому не приходило в голову их использовать из-за явно большей себестоимости по сравнению с простейшими транзисторными цепочками (различные датчики, игрушки, бытовые и промышленные индикаторы и сигнализаторы и т.п.). Несмотря на это все еще остаются сферы, где применение дискретных элементов по-прежнему популярно, а иногда и неизбежно. Кроме того, знание способов включения и режимов работы транзисторов, а также методик построения и анализа транзисторных схем является обязательным для любого инженера – электронщика, даже если ему и не приходится в реальной жизни проектировать схемы на дискретных элементах (ведь современные микросхемы — суть транзисторные схемы, помещенные в один общий корпус с внешними выводами).
Целью данной работы является расчет параметров усилительного каскада с общим коллектором (ОК).
В результате выполнения данной работы, будут получит базовые навыки проведения инженерных расчётов аналоговых электронных устройств.
В первом разделе, теоретическая часть, будут рассмотрены общие сведения об усилителях и транзисторах.
Во втором разделе, практическая часть, будет рассмотрена схема электрическая принципиальная усилительного каскада с ОК.
В третьем разделе, практическая часть, будет проведен расчет основных параметров схемы и выбор элементной базы.
В заключении будут подведены итоги работы.
Теоретическая часть
Общие сведения о биполярных транзисторах
Биполярный транзистор — трехэлектродный полупроводниковый прибор, один из типов транзистора. Электроды подключены к трём последовательно расположенным слоям полупроводника с чередующимся типом примесной проводимости. По этому способу чередования различают npn и pnp транзисторы (n (negative) — электронный тип примесной проводимости, p (positive) — дырочный). В биполярном транзисторе, в отличие от полевого транзистора, используются заряды одновременно двух типов, носителями которых являются электроны и дырки (от слова «би» — «два»). Схематическое устройство транзистора показано на рис 1.
Рис 1. Биполярный транзистор.
Электрод, подключённый к центральному слою, называют базой, электроды, подключённые к внешним слоям, называют коллектором и эмиттером. На простейшей схеме различия между коллектором и эмиттером не видны. В действительности же главное отличие коллектора — большая площадь p-n-перехода. Кроме того, для работы транзистора абсолютно необходима малая толщина базы.
Биполярный точечный транзистор был изобретен в 1947 году, в течение последующих лет он зарекомендовал себя как основной элемент для изготовления интегральных микросхем, использующих транзисторно-транзисторную, резисторно-транзисторную и диодно-транзисторную логику.
Режимы работы биполярного транзистора:
1) Нормальный активный режим. Переход эмиттер-база включен в прямом направлении (открыт), а переход коллектор-база — в обратном (закрыт) UЭБ>0; UКБ<0 (для транзистора p-n-p типа, для транзистора n-p-n типа условие будет иметь вид UЭБ<0; UКБ>0);
2) Инверсный активный режим. Эмиттерный переход имеет обратное включение, а коллекторный переход — прямое.
3) Режим насыщения. Оба p-n перехода смещены в прямом направлении (оба открыты). Если эмиттерный и коллекторный р-n-переходы подключить к внешним источникам в прямом направлении, транзистор будет находиться в режиме насыщения. Диффузионное электрическое поле эмиттерного и коллекторного переходов будет частично ослабляться электрическим полем, создаваемым внешними источниками Uэб и Uкб. В результате уменьшится потенциальный барьер, ограничивавший диффузию основных носителей заряда, и начнется проникновение (инжекция) дырок из эмиттера и коллектора в базу, то есть через эмиттер и коллектор транзистора потекут токи, называемые токами насыщения эмиттера (IЭ.нас) и коллектора (IК.нас).
4) Режим отсечки. В данном режиме оба p-n перехода прибора смещены в обратном направлении (оба закрыты). Режим отсечки транзистора получается тогда, когда эмиттерный и коллекторный р-n-переходы подключены к внешним источникам в обратном направлении. В этом случае через оба р-n-перехода протекают очень малые обратные токи эмиттера (IЭБО) и коллектора (IКБО). Ток базы равен сумме этих токов и в зависимости от типа транзистора находится в пределах от единиц микроампер — мкА (у кремниевых транзисторов) до единиц миллиампер — мА (у германиевых транзисторов).
5) Барьерный режим. В данном режиме база транзистора по постоянному току соединена накоротко или через небольшой резистор с его коллектором, а в коллекторную или в эмиттерную цепь транзистора включается резистор, задающий ток через транзистор. В таком включении транзистор представляет из себя своеобразный диод, включенный последовательно с токозадающим резистором. Подобные схемы каскадов отличаются малым количеством комплектующих, хорошей развязкой по высокой частоте, большим рабочим диапазоном температур, нечувствительностью к параметрам транзисторов.
Схема включения транзистора с общей базой (ОБ) изображена на рис 2.
Рис 2. Схема включения с ОБ.
Среди всех трех конфигураций обладает наименьшим входным и наибольшим выходным сопротивлением. Имеет коэффициент усиления по току, близкий к единице, и большой коэффициент усиления по напряжению. Фаза сигнала не инвертируется.
Коэффициент усиления по току: Iвых/Iвх=Iк/Iэ=α [α<1]
Входное сопротивление Rвх=Uвх/Iвх=Uбэ/Iэ.
Входное сопротивление для схемы с общей базой мало и не превышает 100 Ом для маломощных транзисторов, так как входная цепь транзистора при этом представляет собой открытый эмиттерный переход транзистора.
Достоинства:
· Хорошие температурные и частотные свойства.
· Высокое допустимое напряжение
Недостатки схемы с ОБ:
· Малое усиление по току, так как α < 1
· Малое входное сопротивление
· Два разных источника напряжения для питания.
Схема включения с общим эмиттером (ОЭ) показана на рис 3:
Рис 3. Схема с ОЭ.
Iвых=Iк
Iвх=Iб
Uвх=Uбэ
Uвых=Uкэ
· Коэффициент усиления по току: Iвых/Iвх=Iк/Iб=Iк/(Iэ-Iк) = α/(1-α) = β [β>>1]
· Входное сопротивление: Rвх=Uвх/Iвх=Uбэ/Iб
Достоинства:
· Большой коэффициент усиления по току
· Большой коэффициент усиления по напряжению
· Наибольшее усиление мощности
· Можно обойтись одним источником питания
· Выходное переменное напряжение инвертируется относительно входного.
Недостатки:
· Худшие температурные и частотные свойства по сравнению со схемой с общей базой
Схема включения биполярного транзистора с ОК изображена на рис 4. Схему с таким включением называют «эмиттерным повторителем».
Рис 4. Схема с ОК.
Iвых=Iэ
Iвх=Iб
Uвх=Uбк
Uвых=Uкэ
· Коэффициент усиления по току: Iвых/Iвх=Iэ/Iб=Iэ/(Iэ-Iк) = 1/(1-α) = β [β>>1]
· Входное сопротивление: Rвх=Uвх/Iвх=(Uбэ+Uкэ)/Iб
Достоинства:
· Большое входное сопротивление
· Малое выходное сопротивление
Недостатки:
· Коэффициент усиления по напряжению меньше 1.
