Справочные данные на транзистор

Содержание

 

1. Задание на проектирование и исходные данные ……………... 2. Обоснование и расчет элементов усилительного каскада …… 2.1. Принципиальная схема усилительного каскада ……… 2.2. Вольтамперные характеристики транзистора ………… 2.3. Справочные данные на транзистор ……………………. 2.4. Расчет резисторов ………………………………………. 2.5. Расчет конденсаторов …………………………………. 3. Перечень элементов (спецификация) …………………………... 4. Моделирование усилительного каскада на ЭВМ ……………... 4.1. Схема моделирования ………………………………….. 4.2. Статический анализ схемы …………………………….. 4.3. Частотные характеристики усилителя ………………… 4.4. Амплитудная характеристика усилителя ……………... 4.5. Выводы …………………………………………………... 5. Список использованной литературы …………………………...

 

Задание на проектирование и исходные данные

Рассчитать элементы схемы однокаскадного усилителя,

удовлетворяющего указанным техническим требованиям:

1. Усилительный каскад выполнить по заданной схеме изображенной на рис.1;

2. Тип транзистора 2N915;

3. Амплитуда неискаженного выходного сигнала не менее 3.6В;

4. Коэффициент усиления напряжения K_e= при заданном

сопротивлении нагрузки R н и внутреннем сопротивлении источника

сигнала R г не менее указанного (см.стр.4);

5. Усилитель при заданной емкости нагрузки C н должен обеспечить

полосу пропускания f н … f в не хуже указанной(см.стр.4);

6. Температурный диапазон для всех вариантов: -40С... +60С.

 

Вычисление схемы по номеру по журналу

 

N=130*Nгр+ Nст=1181, где Nст=11- номер студента по журналу

Nгр=9- номер группы

Выбор транзистора:

Остаток (N / 30) + 1=12 => транзистор 2N915

Выбор схемы:

Транзистор n-p-n =>выбираем схему на рис.1

Выбор минимальной амплитуды неискаженного сигнала

Остаток (N / 8) + 1=6 => амплитуда 3.6 В

Выбор коэффициента усиления напряжения, внутреннего сопротивления источника и сопротивления нагрузки

Остаток (N / 6) + 1=6=> Ke=3, Rн=1200 Ом, Rг=150Ом

Выбор полосы пропускания

Остаток (N / 6) + 1=6 => fn=50Гц, fв=10кГц, Сн=950пФ

 

2. Обоснование и расчёт элементов усилительного каскада

Принципиальная схема усилительного каскада

Рис. 1 Принципиальная схема усилительного каскада

 

 

Вольтамперные характеристики транзистора

 

Рис. 2 Входная вольтамперная характеристика (ВАХ) транзистора 2N915

Рис. 3 Выходная вольтамперная характеристика (ВАХ) транзистора 2N915

Справочные данные на транзистор

 

- Статический коэффициент передачи тока биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером .

- Предельная частота коэффициента передачи тока МГц.

- Предельно допустимый ток коллектора мА.

- Максимально допустимое постоянное напряжение эмиттер-база В.

- Максимально допустимое постоянное напряжение коллектор-база В.

- Максимально допустимое постоянное напряжение коллектор-эмиттер В.

- Максимально допустимая постоянная рассеиваемая мощность коллектора мВт.

- Емкость коллекторного перехода пФ.
- Емкость эмиттерного перехода пФ.

 

 

Расчет резисторов

По выходной ВАХ транзистора определим границу режима насыщения В.

Запас для ухода рабочей точки из-за термонестабильности В.

Амплитуда неискаженного выходного сигнала В.

Тогда напряжение коллектор-эмиттер в рабочей точке В.

Источник питания – источник ЭДС с напряжением 20В.

U_Е = 2U_вых

Ток рабочей точки I_A > I_~ + I_к0, где

I_к0 = 3 мА – тепловой ток,

I_~ = = 3

I_A>12 мА.

Выберем точку, лежащую на характеристике, ей соответствует ток I_A =15,5 мА.

Проведем нагрузочную прямую для постоянного тока через точки (0, Е_пит) и (U_кэа, I_а).

Из построенной нагрузочной прямой можно определить:

R₌ = = R_э+R_к

R₌ = Ом

Пусть R_к = 4 R_э= > R_э= 160 Ом

R_к = 4*R_э= 640 Ом.

Округлим значение R_к до чиселв из ряда Е24:

R_к=620 Ом

Для построения нагрузочной прямой по переменному току необходимо рассчитать величину R_~ равную R_к || R_н и, задавшись приращением напряжения в 1В, определить соответствующее ему приращение тока: I = 1 / R_~.

R_~ = = 409 Ом

I = 2 мА

 

 

Исходя из рассчитанных данных, построим нагрузочные прямые по постоянному и переменному токам: а также отметим на графике область работы транзистора по допустимой мощности. Можно пренебречь линиями Ik доп и Uкэ доп,т к I_{к макс} << I_{к доп} ,а < <U_{кэ доп} .

 

Рис 4.Нагрузочные прямые по постоянному и переменному току.

По графику видно, что нагрузочные прямые лежат ниже линии допустимой мощности: то есть транзистор в данном режиме не выйдет из строя вследствие перегрева. Пределы измерения токов лежат много ниже допустимого значения тока 200 мА. Максимально возможное напряжение ограничено напряжением источника питания и не превышает 50 В.

 

Найдём R1 и R2

1. Из условия термостабильности рабочей точки можно вывести следующую формулу:

– R_э, где

I_{к доп} = U_T / R₌=0.00125А,

I_бА = I_А / =0.00014А,

∆ = _max – =75,

= – ξ T=-0.06 В, ξ = 1 мВ/◦С, T=60 – максимальное отличие температуры от нормальной.

R_б ≤ 3.354 кОм

Величина R_б оказалась больше нуля, следовательно, нам удалось обеспечить термостабильность.

2. Из условия стабильности положения рабочей точки была выбрана величина U_T, тогда можно найти:

I_к = U_T / R₌=0.00125 А.

I_к = I_к1 + I_к2, где

I_к1 = ξ T / R_э=0.000375 А – уход рабочей точки из-за влияния температуры,

ξ = 1 мВ/◦С.

I_к2 = 0.000875 А.

I_к2 = – уход рабочей точки из-за технологического разброса параметра ,

где

∆ β = β_max – β=75,

= = 0.10014, а

I_А – значение тока коллектора.

Отсюда найдем R_б = 1920 Ом.

3. Из условия I₁ >> I_бА, I₂ >> I_бА, где I_бА = I_А / . Тогда можно принять I₁ = 10 I_бА, и с помощью уравнений, составленных по законам Кирхгофа:

 

I₁ = I₂ + I_бА

= U_бэ + I_э R_э = 0.7 + () I_бА R_э

= I₂ R₂

E_п = I₁ R₁ + I₂ R₂

 

I₁=0.0014

I₂= 0.00126

= 3.5224

 

Из этой системы уравнений выразим и найдем R₁ и R₂

R₁ = 11770 Ом

R₂ = 2795 Ом

Округлим значения до чисел из ряда Е24:

R₁ = 12 кОм и R₂ = 2.7 кОм

Расчет рабочего режима

R₌ =800 Ом

Rэ=160 Ом

R₂ =2.7 кОм

R₁=12 кОм

U_бэ= 0.7В

В

 

Рабочую точку можно найти из следующей системы уравнений:

 

R_б = R₁ || R₂=2204 Ом

R_см = R_б + R_э (1+ )=2204+160*(1+125)=22364 Ом

E_см = E_п =3,67 В

I_к = I_б

– E_см= – U_бэ + I_б R_см,

– E_п= – U_кэ + I_к R₌

 

Отсюда:

I_б =-0.000132 А

U_кэ =6.72 В

I_к =-0.0165 А

 

Рабочая точка строится по координатам А5 (I_к,U_кэ).

По данной выходной характеристике видно, что точки А5 и А практически совпадают.

Рис 5. Рабочая точка, полученная в результате расчета рабочего режима.