«расчёт усилительного каскада на биполярном транзисторе, выполненного по схеме с общим эмиттером»

Министерство по развитию информационных технологий и коммуникаций
Республики Узбекистан
Ташкентский университет информационных технологий имени Мухаммада ал-Хоразмий

Самотоятельная работа №2

по дисциплине «Схемотехника и электроника 1»
на тему:
«РАСЧЁТ УСИЛИТЕЛЬНОГО КАСКАДА НА БИПОЛЯРНОМ ТРАНЗИСТОРЕ, ВЫПОЛНЕННОГО ПО СХЕМЕ С ОБЩИМ ЭМИТТЕРОМ»

Выполнил студент гр CAE208

Авазбеков Мирсаид

ТАШКЕНТ-2020

Цель работы: закрепить практические навыки расчета и измерения технических характеристик усилительных каскадов путем расчета усилительного каскада на биполярном транзисторе 2N2369A, выполненном по схеме с общим эмиттером

Исходные данные:

Вариант	Тип транзистора	Ток покоя базы Iбп, мкА	Напряжение питания Ек, В	Коллекторное сопротивление Rк, Ом	Нижняя граничная частота усиления fН, Гц
ххххх	2N2369A	50	5	600	200

1. Расчёт параметров транзистора 2N2369A

1.1 Построение семейства статических входных и выходных характеристик транзистора 2N2369A, соответствующих схеме с ОЭ.

Снятие семейства входных характеристик транзистора 2N2369A, соответствующих схеме с ОЭ I_б = f(U_бэ) при U_кэ = 0 В и U_кэ = 10 В.

Для этого собрали схему рис. 1 для измерения параметров транзистора.

При Uкэ = 0 В

При Uкэ = 10 В

Рис. 1. Снятие семейства входных характеристик транзистора

Полученные значения I_Б и U_БЭ сведем в таблицу 1. По ним построим семейство статических входных характеристик транзистора 2N2369A.

Таблица 1.

Семейство статических входных характеристик транзистора 2N2369A соответствующих схеме с ОЭ I_б = f(U_бэ) при U_кэ = 0 В и U_кэ = 10 В.

UКЭ=0В		UКЭ=10В
IБ, мкА	UБЭ, мВ	IБ, мкА	UБЭ, мВ
25	475я	25	686
50	495	50	716
75	507	75	733
100	516	100	745
125	523	125	754
150	529	150	761
175	534	175	767
200	538	200	773
250	545	250	781
300	551	300	789
350	557	350	795
400	562	400	800

По соответствующим данным построим график I_б = f(U_бэ) входных характеристик транзистора (Рис.2).

Рис.2. График I_б = f(U_бэ) входных характеристик транзистора 2N2369A

Снятие семейства выходных характеристик транзистора, соответствующих схеме с ОЭ I_к = f(U_кэ) при I_б = const.Для этого соберем схему 2 для измерения параметров транзистора.

Ib = const

Рис. 3. Снятие семейства выходных характеристик транзистора

Полученные значения тока коллектора транзистора I_к и напряжения между коллектором и эмиттером транзистора U_кэ при постоянном значении тока базы I_б = 25 мкА; I_б = 50 мкА; I_б = 75 мкА; I_б = 100 мкА; I_б = 125 мкА; I_б = 150 мкА сведем в таблицу 2. По ним построим семейство статических входных характеристик I_к = f(U_кэ) при I_б = const транзистора 2N2369A.

Таблица 2.

Семейство статических выходных характеристик транзистора 2N2369A соответствующих схеме с ОЭ I_к = f(U_кэ) при I_б = const.

UКЭ	IК при IБ=25 мкА	IК при IБ=50 мкА	IК при IБ=75 мкА	IК при IБ=100 мкА	IК при IБ=125 мкА	IК при IБ=150 мкА
0	-0,2609	-0,052726	-0,07986	-0,106091	-0,132894	-0,159651
0,5	2,307	5,440	8,310	10,91	13,296	15,496
1,0	2,313	5,456	8,335	10,943	13,337	15,545
2,0	2,327	5,489	8,385	11,009	13,418	15,639
3,0	2,341	5,522	8,436	11,084	13,499	15,733
4,0	2,362	5,554	8,487	11,152	13,58	15,827
5,0	2,379	5,588	8,540	11,218	13,662	15,922
6,0	2,394	5,618	8,588	11,284	13,743	16,017
7,0	2,407	5,654	8,637	11,35	13,824	16,112
8,0	2,421	5,687	8,693	11,418	13,906	16,207
9,0	2,434	5,720	8,741	11,484	13,985	16,3
10	2,450	5,752	8,789	11,552	14,067	16,396
15	2,517	5,919	9,043	11,884	14,472	16,868
20	2,590	6,086	9,307	12,218	14,882	17,344

По соответствующим данным построим график I_к = f(U_кэ) выходных характеристик транзистора (Рис. 4).

Рис.4. График I_к = f(U_кэ) выходных характеристик транзистора 2N2369A

Рис.5. Графическое определение параметра h_11э
Определим параметр h_12э из семейства входных характеристик транзистора 2N2369A I_б = f(U_бэ), полученных в пункте 1.1.1. Для этого из рабочей точки "А" проведем горизонтальную линию до пересечения с характеристикой, снятой при U_кэ=0В. Приращение напряжения между коллектором и эмиттером транзистора 2N2369A определим по формуле:
Э тому приращению ΔU_кэ соответствует приращение напряжения между базой и эмиттером транзистора:



Рис.6. Графическое определение параметра h_12э

Параметр h_12э определим из формулы:

О пределим параметр h_21э из семейства выходных характеристик транзистора 2N2369A I_к = f(U_кэ) при I_б = const. Найдем рабочую точку "А" на выходных характеристиках транзистора как точку пересечения прямой нагрузки (Е_к = 5В, R_к = 600 Ом) с выходной ветвью ВАХ для I_бп = 50 мкА.
По оси токов I_к откладываем значение Е_к/ R_к = 5 / 600 = 8,33 мА
По оси напряжения U_кэ откладываем Е_к = 5В
Р ис.7. Графическое определение параметра h_21э

Получаем следующие координаты рабочей точки "А": I_кп =5,6 мА, U_кэ=1,8 В. Проведем из рабочей точки вертикальную прямую до пересечения с ветвями ВАХ при I_б1 = 25 мкА и I_б3 = 75 мкА. Рассчитаем приращение тока базы ΔI_б, взятого вблизи заданного значения тока базы I_бп, по формуле:

ΔI_б = I_б3 – I_б1=75 мкА – 25 мкА=50мкА
Приращению ΔI_б будет соответствовать приращение коллекторного тока, которое можно вычислить по формуле:

Определим параметр h_22э из семейства выходных характеристик транзистора 2N2369A I_к = f(U_кэ) при I_б = 50 мкА. Для этого на ветви характеристики при I_бп = 50 мкА вблизи рабочей точки "А" выберем две вспомогательные точки приблизительно на одинаковом расстоянии и определим приращение напряжения между коллектором и эмиттером транзистора:

Рис.8. Графический способ нахождения параметра h_22э

ΔU_кэ = U_кэ2 – U_кэ1= 2,94В – 0,64В = 2.5 В

U_кэ вызывает приращение коллекторного тока:

ΔI_к=I_к4 – I_к3=5,6мА – 5,55мА = 0,05 мА

Тогда параметр h_22э будет равен:

1.3 Найдем входное и выходное сопротивление транзистора 2N2369A по формулам:

1.4 Определим коэффициент передачи по току транзистора 2N2369A β

2. Расчет параметров элементов усилительного каскада с ОЭ

Рис.9. Схема усилительного каскада с ОЭ

2.1 Расчет резистивных элементов каскада

Определение тока делителя в режиме покоя

Определение суммарного сопротивления, задающего режим покоя.

Определение напряжения на сопротивлении R_э.

Определение значения резистивных элементов (в соответствии с рядом номиналов сопротивлений Е24).

В соответствии с рядом значений сопротивлений Е24 получим, что

В соответствии с рядом значений сопротивлений Е24 получим, что

В соответствии с рядом значений сопротивлений Е24 получим, что

2.2 Расчет емкостных элементов каскада

Определение емкости конденсатора, шунтирующей сопротивление R_э по переменному току.

В соответствии с рядом значений Е24 получим, что С_э = 12.05 мкФ.

Определение емкостей разделительных конденсаторов.



В соответствии с рядом значений Е24 получим, что С_р1 = С_р2 = 4.5 мкФ.

2.3. Используя найденные параметры элементов, соберем схему (рис.8) усилительного каскада на биполярном транзисторе 2N2369A, выполненном по схеме с общим эмиттером

R1 заменим реостатом с номинальным сопротивлением равным 2·R1=13,6 кОм, в соответствии с рядом значений сопротивлений Е24 получим, что 2·R1=13 кОм. Установим U_вх = 0 (условие, при котором входной сигнал отсутствует) и будем добиваться режима покоя ( , U_бэп), изменяя сопротивление переменного резистора R1.

Рис.10. Усилительный каскад на биполярном транзисторе 2N2369A с ОЭ в режиме покоя

В режиме покоя имеем , а U_бэп= 429 мВ. Что очень близко к заданным.
Подстроенное значение R1=3,445 кОм

3. Определение параметров усилительного каскада.

Измерим входное сопротивление усилительного каскада на биполярном транзисторе 2N2369A, выполненном по схеме с общим эмиттером. Для этого сначала подадим на вход схемы сигнал 5 мВ при f_ср=10 кГц и снимем значения U_вх и U_вых (схема 4). При этом вольтметры следует поставить в режим измерения переменного напряжения (AC).

Р ис.11. Усилительный каскад на биполярном транзисторе 2N2369A с ОЭ в режиме холостого хода
Входное напряжение усилительного каскада U_вх=2.293 мВ
Выходное напряжение усилительного каскада U_вых=47 мВ