Автор работы: Пользователь скрыл имя, 30 Ноября 2014 в 19:32, курсовая работа
В ходе выполнения курсовой работы необходимо для заданных типов транзисторов, определить их параметры и статические характеристики, в соответствии условиями задания, выполнить анализ работы транзисторов с нагрузкой в выходной цепи, рассчитать параметры, эквивалентной схемы и малосигнальные параметры транзисторов, определить отечественные и зарубежные аналоги заданных усилительных элементов
Введение 4
Теоретическая часть 5
1.1 Биполярный транзистор КТ301Ж 6
1.1.1 Общие сведения 6
1.1.2 Максимально допустимые параметры 6
1.1.3 Электрические параметры 7
1.1.4 Вольтамперные характеристики 8
1.2 Полевой транзистор КП103Ж 9
1.2.1 Общие сведения 9
1.2.2 Максимально допустимые параметры 10
1.2.3 Электрические параметры 10
1.2.4 Вольтамперные характеристики 11
2. Расчетная часть 12
2.1 Биполярный транзистор КТ301Ж 13
2.1.1 Исходные данные для расчетов 13
2.1.2 Построение нагрузочной прямой 13
2.1.3 Определение малосигнальных параметров 14
2.1.4 Расчет величин элементов эквивалентной схемы транзистора 15
2.1.5 Определение граничных и предельных частот транзистора 16
2.1.6 Определение частотных зависимостей Y-параметров 16
2.2 Полевой транзистор КП103Ж 19
2.2.1 Исходные данные для расчетов 19
2.2.2 Построение нагрузочной прямой 19
2.2.3 Определение малосигнальных параметров 19
2.2.4 Расчет величин элементов эквивалентной схемы транзистора 20
2.2.5 Определение граничных и предельных частот транзистора 20
2.2.6 Определение частотных зависимостей Y-параметров 20
Вывод 24
Список литературы 25
1.2.4 Вольтамперные характеристики
Входные статические характеристики транзистора изображены на рисунке 5, выходные - на рисунке 6.
Рисунок 5 - Входные статические характеристики транзистора
Рисунок 6 - Выходные статические характеристики транзистора
2.1 Биполярный транзистор КТ301Ж
2.1.1 Исходные данные для расчетов
Транзистор типа n-p-n, включен в схему с общим эмиттером. Напряжение источника питания Eп = 5 В, сопротивление нагрузки Rн = 3 кОм.
2.1.2 Построение нагрузочной прямой
Для построения нагрузочной прямой используем уравнение Eп = Uкэ + Iк*Rн. Приравнивая Iк =0, получаем первую точку Uкэ =5В. Приравнивая Uкэ =0В, получаем вторую точку Iк =1,6мА.
Построение нагрузочной прямой показано на рисунке 7.
Рисунок 7 - Нагрузочная прямая выходной ВАХ
Фиксируем параметры режима покоя - Iк0 =0,9 мА, Uкэ0 =1,5 В, Iб0 =7 мкА. Для определения Uбэ0 на входных вольтамперных характеристиках построим рабочую прямую. На пересечении с Uкэ = 10 В опустим перпендикуляр на ось абсцисс.
Определение Uбэ0 на входных вольтамперных характеристиках показано на рисунке 8.
Рисунок 8 - Построение рабочей прямой
Uбэ0 = 0,37 В.
Определим графическим способом параметры:
∆ Uкэ = 1,3В ∆ Uбэ = 0,02В
∆ Iк = 0,8мА ∆ Iб = 7мкА
2.1.3 Определение малосигнальных параметров
Входное сопротивление транзистора при коротком замыкании на выходе для переменной составляющей тока:
= 0,02 / 7 * 10-6 = 2,8 кОм
Коэффициент передачи по току при коротком замыкании на выходе для переменной составляющей тока:
= 0,8 * 10-3 / 7 * 10-6 = 114,2
Выходная проводимость транзистора при разомкнутом входе для переменной составляющей тока (холостой ход входной цепи):
= 0,8 * 10-3 / 1,3 = 0,61мСм
Коэффициент обратной связи по напряжению при разомкнутом входе для переменной составляющей:
= (12,5 * 0,00061) / 0,807 * 10-3 = 9,4
2.1.4 Расчет величин элементов эквивалентной схемы транзистора
На рисунке 9 изображена физическая малосигнальная эквивалентная схема биполярного транзистора.
Рисунок 9 - Физическая малосигнальная эквивалентная схема биполярного транзистора (схема Джиаколетто)
Емкость коллекторного перехода Ск =10 пф
Емкость эмиттерного перехода Сэ =80 пф
Постоянная времени τн =2000 пс
Модуль коэффициента передачи тока |h21э| =1,5
Сопротивление эмиттерного перехода эмиттерному току:
= 30,9 Ом
Сопротивление эмиттерного перехода базовому току:
= 3,5 кОм
Крутизна характеристики транзистора:
= 40 мА/В
Выходное сопротивление транзистора (сопротивлением внешней утечки между коллектором и эмиттером):
= 4,1 кОм
Сопротивление коллекторного перехода:
= 375 Ом
Объемное сопротивление базы:
= 200 Ом
2.1.5 Определение граничных и предельных частот транзистора
Предельная частота передачи тока в схеме с ОЭ:
= 0,44 МГц
Граничная частота передачи тока:
= 30 МГц
Максимальная частота генерации транзистора:
= 24,4 МГц
Предельная частота транзистора по крутизне:
= 79,6 МГц
2.1.6 Определение частотных зависимостей Y-параметров
Рассчитаем значения частот:
wh21Э = 2p¦ h21Э = 2,76 Мрад/с
wS = 2p¦S = 499,8 Мрад/с
Проводимость прямой передачи (крутизна проходной характеристики), которую определяют при коротко замкнутом для переменной составляющей выходе транзистора:
= (40 * 10-3) / (√ 1+(w*2000*10-12)2)
При w = 100 Мрад/с |Y21(ω)| = 39,2 мСм
При w = 200 Мрад/с |Y21(ω)| = 37,1 мСм
При w = 300 Мрад/с |Y21(ω)| = 34,4 мСм
При w = 400 Мрад/с |Y21(ω)| = 31,2 мСм
При w = 500 Мрад/с |Y21(ω)| = 28,3 мСм
При w = 800 Мрад/с |Y21(ω)| = 21,2 мСм
При w = 1100 Мрад/с |Y21(ω)| = 16,5 мСм
По полученным данным построим график зависимости |Y21(ω)| (рисунок 10).
Рисунок 10 - График зависимости |Y21(ω)|
Входная проводимость, которую определяют при короткозамкнутом для переменной составляющей выходе транзистора:
= (1 / 2,8*103)*√((1+(w/2,76*106)2 ) / (1+(w/499,8*106)2 )
При w = 100 Мрад/с |Y11(ω)| = 12,6 мСм
При w = 200 Мрад/с |Y11(ω)| = 24 мСм
При w = 300 Мрад/с |Y11(ω)| = 33 мСм
При w = 400 Мрад/с |Y11(ω)| = 40 мСм
При w = 500 Мрад/с |Y11(ω)| = 45,6 мСм
При w = 800 Мрад/с |Y11(ω)| = 54,6 мСм
При w = 1100 Мрад/с |Y11(ω)| = 58,7 мСм
По полученным данным построим график зависимости |Y11(ω)| (рисунок 11).
Рисунок 11 - График зависимости |Y11(ω)|
2.2 Полевой транзистор КП103Ж
2.2.1 Исходные данные для расчетов
Транзистор с каналом p-типа, включен в схему с общим истоком. Напряжение источника питания Eп = 20 В, сопротивление нагрузки Rн = 3 кОм.
2.2.2 Построение нагрузочной прямой
Для построения прямой используем уравнение Eп = Uси + Iс*Rн. Приравнивая Iс =0, получаем первую точку Uси.=20 В. Приравнивая Uси=0, получаем вторую точку Iс =6,6 мА.
Построение нагрузочной прямой изображено на рисунке 12.
Рисунок 12 - Нагрузочная прямая выходной ВАХ
Фиксируем параметры режима покоя - Iс0 = 0,3 мА, Uси0 = 19 В, Uзи0 = 0,5 В.
2.2.3 Определение малосигнальных параметров
Крутизна характеристики полевого транзистора:
= (0,55*10-3) / 0,5 = 1,1 мА/В
Внутреннее сопротивление транзистора:
= 4 / 0,1*10-3 = 40 кОм
Статический коэффициент усиления:
= 1,1 * 40 = 44
2.2.4 Расчет величин элементов эквивалентной схемы транзистора
На рисунке 13 изображена эквивалентная схема полевого транзистора.
Рисунок 13 - Эквивалентная схема полевого транзистора
СЗС = 8 пФ проходная емкость
СЗИ = 20 пФ входная емкость
Ri = 40 кОм внутренне сопротивление транзистора
S = 1,1 мА/В крутизна характеристики транзистора
RКАН = 15,8 кОм сопротивление канала в рабочей точке
2.2.5 Определение граничных и предельных частот транзистора
Предельная частота проводимости прямой передачи полевого транзистора:
¦S = 1/(2p×RКАН ×СЗИ) = 0,5 МГц
Граничная частота усиления полевого транзистора
¦ГР = S/(2p×ССИ) = 17,5 МГц
2.2.6 Определение частотных зависимостей Y-параметров
wS = 2p¦S = 3,14 МГц
Входная проводимость, которую определяют при короткозамкнутом для переменной составляющей выходе транзистора:
При ω = 1 Мрад/с Y11(ω) = 26,85 мкСм
При ω = 2 Мрад/с Y11(ω) = 44,25 мкСм
При ω = 3 Мрад/с Y11(ω) = 63,1 мкСм
При ω = 8 Мрад/с Y11(ω) = 101,69 мкСм
При ω = 13 Мрад/с Y11(ω) = 132,23 мкСм
При ω = 18 Мрад/с Y11(ω) = 166,38 мкСм
По полученным данным построим график зависимости Y11(ω) (рисунок 14).
Рисунок 14 - График зависимости Y11(ω)
Проводимость обратной передачи, которую определяют при короткозамкнутом для переменной составляющей входе транзистора:
При ω = 1 Мрад/с Y12(ω) = 2,82 мкСм
При ω = 2 Мрад/с Y12(ω) = 4 мкСм
При ω = 3 Мрад/с Y12(ω) = 4,89 мкСм
При ω = 8 Мрад/с Y12(ω) = 8 мкСм
При ω = 13 Мрад/с Y12(ω) = 10,19 мкСм
При ω = 18 Мрад/с Y12(ω) = 12 мкСм
По полученным данным построим график зависимости Y12(ω) (рисунок 15).
Рисунок 15 - График зависимости Y12(ω)
Проводимость прямой передачи, которую определяют при короткозамкнутом для переменной составляющей выходе транзистора:
При ω = 1 Мрад/с Y21(ω) = 1049,9 мкСм
При ω = 2 Мрад/с Y21(ω) = 929,8 мкСм
При ω = 3 Мрад/с Y21(ω) = 789,6 мкСм
При ω = 8 Мрад/с Y21(ω) = 394,8 мкСм
При ω = 13 Мрад/с Y21(ω) = 227,3 мкСм
При ω = 18 Мрад/с Y21(ω) = 108 мкСм
По полученным данным построим график зависимости Y21(ω) (рисунок 16).
Рисунок 16 - График зависимости Y21(ω)
Выходная проводимость, которую определяют при короткозамкнутом для переменной составляющей входе транзистора:
При ω = 1 Мрад/с Y22(ω) = 30,8 мкСм
При ω = 2 Мрад/с Y22(ω) = 43,82 мкСм
При ω = 3 Мрад/с Y22(ω) = 59,5 мкСм
При ω = 8 Мрад/с Y22(ω) = 146,15 мкСм
При ω = 13 Мрад/с Y22(ω) = 235,3 мкСм
При ω = 18 Мрад/с Y22(ω) = 324,9 мкСм
По полученным данным построим график зависимости Y22(ω) (рисунок 17).
Рисунок 17 - График зависимости Y22(ω)
Вывод
В ходе выполнения курсовой работы определены параметры и статические характеристики транзисторов. Для биполярного транзистора КТ301Ж графически определены h – параметры: h11Э = 2800 Ом - входное сопротивление, h21Э = 114,2 - коэффициент передачи по току при коротком замыкании на выходе для переменной составляющей тока, h12Э = 9,4 - коэффициент обратной связи по напряжению при разомкнутом входе для переменной составляющей тока, h22Э = 0,61 мСм - выходная проводимость транзистора при разомкнутом входе для переменной составляющей тока.
Для полевого транзистора КП103Ж графически определены: крутизна характеристики – S= 1,1 мА/В, внутреннее сопротивление Ri = 40кОм, статический коэффициент усиления µ.= 44.
В соответствии условиями задания рассчитаны параметры эквивалентной схемы, определены граничные и предельные частоты транзисторов.
Для биполярного транзистора записаны выражения для модулей ½Y21(w)½, ½Y11(w)½ и построены графики этих зависимостей от частоты. Из графиков следует, что при увеличении частоты, проводимость прямой передачи убывает, а входная проводимость возрастает.
Для полевого транзистора записаны выражения для модулей Y-параметров и построены графики данных зависимостей от частоты. Входная проводимость |Y11(w)|, проводимость обратной передачи |Y12(w)|, выходная проводимость |Y22(w)|: - линейно возрастают с увеличением частоты; а проводимость прямой передачи - |Y21(w)| линейно убывает с увеличением частоты.
Список литературы
Информация о работе Исследование биполярных и полевых транзисторов