Самостоятельная работа «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
1-Самостоятельная работа
«РАСЧЁТ УСИЛИТЕЛЬНОГО КАСКАДА НА БИПОЛЯРНОМ ТРАНЗИСТОРЕ, ВЫПОЛНЕННОГО ПО СХЕМЕ С ОБЩИМ ЭМИТТЕРОМ»


Предмет: Электроника и схема
Выполнил: Туйчиев Диёрбек
студент группы 420-20

Цель работы: закрепить практические навыки расчета и измерения технических характеристик усилительных каскадов путем расчета усилительного каскада на биполярном транзисторе 2N2218A, выполненном по схеме с общим эмиттером

Вариант	Тип транзистора	Ток покоя базы Iбп, мкА	Напряжение питания Ек, В	Коллекторное сопротивление Rк, Ом	Нижняя граничная частота усиления fН, Гц
53	2N2218A	60	10	1100	50

Вариант	Тип транзистора	Ток покоя базы Iбп, мкА	Напряжение питания Ек, В	Коллекторное сопротивление Rк, Ом
24	2N2218A	75	5	400

1. Расчёт параметров транзистора 2N2218A

1.1 Построение семейства статических входных и выходных характеристик транзистора 2N2218A, соответствующих схеме с ОЭ.

Снятие семейства входных характеристик транзистора 2N2218A, 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.

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 2N2218A.

Таблица 1.

Семейство статических входных характеристик транзистора 2N2218A соответствующих схеме с ОЭ I_б = f(U_бэ) при U_кэ = 0 В и U_кэ = 10 В.


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

Рис. График I_б = f(U_бэ) входных характеристик транзистора2N2218A

Снятие семейства выходных характеристик транзистора, соответствующих

схеме с ОЭ I_к = f(U_кэ) при I_б = const.
Для этого соберем схему 2для измерения параметров транзистора.
Рис. 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 = 50 мкА; I_б = 75 мкА; I_б = 100 мкА сведем в таблицу 2. По ним построим семейство статических входных характеристик I_к = f(U_кэ) при I_б = const транзистора 2N2218A.

Таблица 2.

Семейство статических выходных характеристик транзистора 2N2218A соответствующих схеме с ОЭ I_к = f(U_кэ) при I_б = const.

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

Рис. Графическое определение параметра h_11э

Определим параметр h_12э из семейства входных характеристик транзистора 2N2218AI_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 2N2218A определим по формуле:

ΔU_кэ= U_кэ2 – U_кэ1=10В – 0В=10В

Этому приращению ΔU_кэ соответствует приращение напряжения между базой и эмиттером транзистора:

ΔU_бэ= U_бэп4 – U_бэ3=684мВ – 573мВ=111мВ

Рис. Графическое определение параметра h_12э

Параметр h_12э определим из формулы:

ΔI_б = I_б3 – I_б1=100 мкА – 50 мкА=50мкА

ΔI_к = I_к2 – I_к1=19,9 мА –10 мА ~ 10 мА
Параметр h_21э определим из формулы:




Рис. Графический способ нахождения параметра h_22э

ΔU_кэ=U_кэ2 – U_кэ1=1,8662В – 1В = 0,8662 В

U_кэ вызывает приращение коллекторного тока:

ΔI_к=I_к4 –I_к3=7,83мА – 7,069мА = 0,761 мА

Тогда параметр h_22э будет равен:

Найдем входное и выходное сопротивление транзистора 2N2218A по формулам:




Определим коэффициент передачи по току транзистора 2N2218A β

1.Расчет параметров элементов усилительного каскада с ОЭ

Вариант Тип транзистора2N2218A Ток покоя базы Iбп, мкА Напряжение питания Ек, В Коллекторное сопротивление Rк, Ом Нижняя граничная частота усиления fН, Гц

Определение тока делителя в режиме покоя 𝐼дел = 10 ∙ 𝐼бп = 10 ∙ 60 мкА = 600 мкА
Определение суммарного сопротивления, задающего режим покоя.
𝑅1 + 𝑅2 = 𝐸к /𝐼дел = 10 В /600 мкА = 50/3кОм
Определение напряжения на сопротивлении Rэ. 𝑈𝑅э ≈ 0,2 ∙ Ек = 0,2 ∙ 10 В = 2В
Определение значения резистивных элементов (в соответствии с рядом номиналов сопротивлений Е24).
Iкп=10
𝑅э = 𝑈𝑅э/ 𝐼кп = 2В/10 мА = 200 Ом
В соответствии с рядом значений сопротивлений Е24 получим, что 𝑅э = 470 Ом
𝑅2 = (𝑈бэп+𝑈𝑅э) /𝐼дел = (186.62 мВ+2 В )\600 мкА = 6.44 кОм
В соответствии с рядом значений сопротивлений Е24 получим, что
𝑅2 = 6.3 кОм
𝑅1 = (𝑅1 + 𝑅2) − 𝑅2 = 𝐸к /𝐼дел − 𝑅2 = 16.6кОм – 6.3 кОм = 10.3кОм
В соответствии с рядом значений сопротивлений Е24 получим, что
𝑅1 = 10 кОм
2.2 Расчет емкостных элементов каскада Определение емкости конденсатора, шунтирующей сопротивление Rэ по переменному току
. Сэ = 10^7 4𝜋𝑓𝐻𝑅э = 10^7/ (4∙3,14∙50 Гц∙200 Ом) = 79.6 мкФ
В соответствии с рядом значений Е24 получим, что Сэ = 100 мкФ
Ср1 = Ср2 = 10^7 /4𝜋𝑓н Т Rвх = 10^7( 4∙3,14∙50 Гц∙900 Ом) = 17.69 мкФ
В соответствии с рядом значений Е24 получим, что Ср1 = Ср2 = 22 мкФ.
2.3. Используя найденные параметры элементов, соберем схему усилительного каскада на биполярном транзисторе 2N2218A, выполненном по схеме с общим эмиттером R1 заменим реостатом с номинальным сопротивлением равным 2·R1=20.6 кОм, в соответствии с рядом значений сопротивлений Е24 получим, что 2·R1=20 кОм. Установим Uвх = 0 (условие, при котором входной сигнал отсутствует) и будем добиваться режима покоя ( 𝐼бп , Uбэп), изменяя сопротивление переменного резистора R1.

Усилительный каскад на биполярном транзисторе 2N2218A с ОЭ в режиме покоя В режиме покоя имеем 𝐼бп =0.792 мА , а Uбэп= 698 мВ. 3. Определение параметров усилительного каскада. Измерим входное сопротивление усилительного каскада на биполярном транзисторе 2N2218A, выполненном по схеме с общим эмиттером. Для этого сначала подадим на вход схемы сигнал 5 мВ при fср=10 кГц и снимем значения Uвх и Uвых (схема 4). При этом вольтметры следует поставить в режим измерения переменного напряжения (AC).

Усилительный каскад на биполярном транзисторе 2N2218A с ОЭ в режиме холостого хода Входное напряжение усилительного каскада Uвх=0.523м
В Выходное напряжение усилительного каскада Uвых=1.963мВ
Определим входное сопротивление усилительного каскада. Затем во входную цепь схемы добавим последовательно переменный резистор и будем изменять его сопротивление до значения, при котором вольтметр, установленный во входной цепи каскада, покажет значение U = Uвх/2

Измерение входного сопротивления Полученное значение переменного сопротивления и будет равно входному сопротивлению усилителя: Rвх=110 Ом.
Определим выходное сопротивление усилительного каскада. Для этого установим в выходную цепь каскада переменный резистор и будем изменять его сопротивление до значения, при котором вольтметр, установленный в выходной цепи каскада, покажет значение напряжения U = Uвых/2



Полученное значение переменного сопротивления и будет равно выходному сопротивлению усилителя: Rвых=4.9 Ом. По показаниям вольтметров и амперметров, расположенных во входной и в выходной цепях каскада, включенного в режиме согласования , найдем значения коэффициентов усиления каскада:
К𝑈 = 𝑈вых/ 𝑈вх = 1.963 мВ/ 0.523 мВ =3.75 коэффициент усиления по напряжению
К𝑖 = 𝐼вых/ 𝐼вх/ = 200 − коэффициент усиления по току
Кр = К𝑢 ∙ К𝑖 = 200*3.75= 750 - коэффициент усиления по мощности Построим амплитудно-частотную характеристику усилительного каскада, собранного на транзисторе 2N2218A по схеме с ОЭ.


АЧХ усилительного каскада с ОЭ По графику определим максимальное значение коэффициента усиления по напряжению 𝐾𝑈𝑚𝑎𝑥 по напряжению и полосу пропускания Δf. 𝐾𝑈𝑚𝑎𝑥 = -8.156 дБ– максимальное значение коэффициента усиления по напряжению 𝐾𝑈гр = 0,707 ∙ 𝐾𝑈𝑚𝑎𝑥 = 0,707 ∙ 8.156 = 5.76 дБ– граничные значения коэффициентов усиления по напряжению Полоса пропускания:
Δf = fв – fн = 23,878 МГц – 309 МГц = 23,569 МГц

ВЫВОДЫ:

Во время работы закрепил практические навыки расчета и измерения технических характеристик усилительных каскадов путем расчета усилительного каскада на биполярном транзисторе 2N2218A, выполненном по схеме с общим эмиттером. Рассчитал коэффициент усиления по тока и напряжение и вычислил использую эти параметры нашёл коэффициент усиления мощности транзистора.