Практический раздел

Контрольные работы

КОНТРОЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ № 1

ЗАДАЧА №1

“РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ И ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРОВ”

1.1Методика определения h-параметров

Рассмотрим методику определения h–параметров БТ по статическим ВАХ.

Статические ВАХ БТ позволяют определить дифференциальные параметры транзистора. Для описания свойств транзистора по переменному току чаще всего используется система дифференциальных h–параметров, которая представляется следующими уравнениями:

dU₁ = h₁₁dI₁ + h₁₂dU₂;

dI₂ = h₂₁dI₁ + h₂₂dU₂.

Для нахождения h–параметров по статическим характеристикам дифференциалы заменим конечными приращениями и получим выражения, позволяющие определить физический смысл h–параметров

– входное сопротивление в режиме короткого замыкания (КЗ) на выходе;

– коэффициент обратной связи по напряжению в режиме холостого хода (ХХ) по входу;

– коэффициент передачи по току в режиме КЗ на выходе;

– выходная проводимость в режиме ХХ по входу.

Для расчета h-параметров удобно использовать семейства входных и выходных характеристик БТ. Рассмотрим порядок графо-аналитического метода расчета h-параметров БТ с ОЭ. Для определения дифференциальных параметров и в заданной рабочей точке А ( , , ) на линейном участке семейства входных характеристик необходимо выполнить построения, как показано на рис. 1.3,а. Найденные приращения токов и напряжений позволяют определить искомые параметры:

,

.

Параметры и определяются по семейству выходных характеристик. В окрестности точки А' ( , , ), соответствующей точке А на семействе входных характеристик, выполняют построения как показано на рис. 1.3, б. Найденные приращения токов и напряжений позволяют определить искомые параметры:

,

.

Значения приращений входного и выходного напряжения должны выбираться таким образом, чтобы вспомогательные точки на графиках находились на их линейных участках, как это показано на рис. 1.3.

Аналогично определяются h-параметры для транзистора с ОБ.

а б

Рис. 1.3

Коэффициент обратной связи по напряжению имеет очень малую величину ( ), поэтому в справочных данных приводят семейство входных ВАХ состоящее из двух кривых: одну для и одну для . Обычно для или 10 В. Это обусловлено тем, что входные характеристики для В практически накладываются друг на друга. Использование приведенных характеристик не позволяет точно рассчитать значение . Для вычисления величины коэффициента обратной связи по напряжению необходимо рассчитать параметры Т-образной эквивалентной схемы БТ.

Физическая Т-образная эквивалентная схема транзистора со структурой n-p-n, представленная на рис 1.4, достаточно полно отражает свойства реального транзистора на низких частотах и используется при анализе транзисторных схем. Значения параметров эквивалентной схемы БТ могут быть найдены с использованием известных h-параметров

, , , .

С учетом вышесказанного в первую очередь вычисляется дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода , где – тепловой потенциал, равный 26 мВ при Т=300 К; – ток эмиттера БТ в рабочей точке (можно считать ). Затем определяются , и находится коэффициент обратной связи по напряжению .

Область допустимых режимов на семействе выходных характеристик БТ, представленная на рис. 1.5 определяется его максимально допустимыми параметрами: постоянным током коллектора ; постоянным напряжением коллектор–эмиттер ; постоянной рассеиваемой мощностью коллектора .

Рабочая точка БТ для работы в малосигнальном усилителе выбирается обычно в центре области допустимых режимов работы БТ на линейных участках ВАХ, соответствующих активному режиму работы.

1.2 Частотные свойства БТ

На высоких частотах возникает фазовый сдвиг между входным и выходным токами БТ, обусловленный конечным временем пролета носителей от эмиттера к коллектору и наличием емкостей переходов БТ. Это приводит к комплексному характеру коэффициентов передачи по току и их частотной зависимости

и .

Необходимо уяснить понятие предельной частоты коэффициента передачи по току БТ для схемы включения с ОБ и ОЭ. Частотные зависимости модуля и фазы коэффициентов передачи по току характеризуются выражениями:

; ;

; ,

где , – статические коэффициенты передачи по току БТ для включения с ОБ и ОЭ, соответственно; , – предельные частоты коэффициентов передачи по току для схемы с ОБ и ОЭ, соответственно.

Причем связь между этими частотами определяется выражением

.

Пусть, например, =5 МГц; ; f=200 кГц. Определим статический коэффициент передачи по току для включения с ОЭ:

.

Тогда предельная частота коэффициента передачи по току для включения с ОЭ

кГц,

модуль коэффициента передачи по току в схеме с ОЭ

,

и фаза коэффициента передачи по току в схеме с ОЭ

.

Исходные данные к заданию 1.1.

Пользуясь справочными данными, приведите семейство входных и выходных характеристик БТ с ОЭ. В качестве независимых переменных используйте входное и выходное напряжение. Тип транзистора выберите согласно табл. 1.5 в соответствии с шифром. Поясните поведение входных и выходных характеристик транзистора.

Таблица 1.5

По справочнику установите максимально допустимые параметры БТ: постоянный ток коллектора ; напряжение коллектор–эмиттер ; мощность рассеиваемую коллектором транзистора . На семейство выходных характеристик нанесите границы области допустимых режимов работы.

Задайтесь положением рабочей точки и, пользуясь характеристиками, рассчитайте для нее значения h-параметров БТ. На основании полученных числовых значений параметров рассчитайте параметры Т-образной эквивалентной схемы транзистора и изобразите ее.