курсовая

Министерство образования и науки РФ
____________________________
Санкт-Петербургский государственный
электротехнический университет "ЛЭТИ"
___________________________________________________
МОДЕЛИРОВАНИЕ БИПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА
ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ЭЛЕКТРОННЫХ СХЕМ
Пояснительная записка
к курсовой работе по дисциплине
"Твердотельная электроника"
Выполнил студент группы
Проверил:
Иванов Б.В.
Санкт-Петербург
2019
Факультет электроники
Кафедра: РТЭ
Направление: Электроника и микроэлектроника
Техническое задание
на выполнение курсовой работы по дисциплине “Твердотельная электроника”
1. Исполнитель: ______________________________________________________________
2. Руководитель: доцент каф РТЭ Б.В.Иванов ______________________________________
3. Наименование проекта: Моделирование биполярного транзистора при проектировании
электронных схем
4. Цель работы, приобретаемые компетенции: знание методов теоретического и экспериментального исследования параметров полупроводниковых приборов и устройств; умение
применять эти методы в практике проектирования приборов и устройств; владеть современными методами компьютерного проектирования приборов и устройств.
5. Исходные данные (технические требования): усилитель низкой частоты класса А ___
Коэффициент усиления в схеме ОС по току: 5______________________________________
Напряжение питания, В: 12______________________________________________________
Ток коллектора в рабочей точке, мА: 7 ___________________________________________
Диапазон частот исследования усилителя: 50Гц - 100кГц
7. Содержание работы: измерение основных параметров биполярного транзистора (БТ) и
формирование его моделей малого и большого сигнала; расчет схемы усилителя низкой
частоты на биполярном транзисторе методом малого сигнала, графоаналитическим мето
дом, методом компьютерного моделирования; экспериментальное измерение параметров
усилителя ___________________________________________________________________
8. Календарный план работ:
Наименование работ
Срок окончания
Измерение параметров транзистора
01.04.2019
Проведение расчетов
27.04.2019
Экспериментальное исследование усилителя
27.05 2019
9. Вид отчётных материалов: пояснительная записка ______________________________
Дата выдачи задания
"14" февраля 2019 г.
Дата представления работы к защите
май 2019 г.
Исполнитель:
/
Руководитель: ______________________________ / ______________________ /
2
/
АННОТАЦИЯ
Курсовая работа посвящена экспериментальному исследованию параметров биполярного транзистора для настройки его моделей, проектированию усилителя низкой частоты, использующего этот транзистор, и экспериментальному
исследованию этого усилителя
Рассчитаны теоретические амплитудные и амплитудно-частотные характеристики усилителей в схемах с обратной отрицательной связью и без неё. Те
же зависимости построены экспериментально, произведено сравнение.
SUMMARY
The course work is devoted to the experimental study of the parameters of a
bipolar transistor to adjust its models, the design of a low-frequency amplifier using
this transistor, and the experimental study of this amplifier
Theoretical amplitude and amplitude-frequency characteristics of amplifiers in
circuits with and without negative feedback are calculated. The same dependences are
constructed experimentally, the comparison is made.
3
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1.
Цель работы
2.
Параметры биполярного транзистора
2.1. Параметры модели Гуммеля-Пуна
2.2. Расчёт выходной и входной характеристики биполярного
транзистора и сравнение их с характеристиками, полученными экспериментально.
3.
Принципиальная схема усилителя низкой частоты, назначение
и принцип действия.
4.
Расчет положения рабочей точки
4.1. Расчет сопротивлений усилителя R1 , R2 , RC , R E с учетом
таблицы номиналов (Приложение В) и положения рабочей
точки I CA , ECA .
4.2. Графоаналитический расчет рабочей точки и малосигнальных
параметров транзистора
4.3. Расчет параметров усилителя по малосигнальной схеме
4.3.1. Параметры усилителя без отрицательной обратной связи по
току
4.3.2. Параметры усилителя с отрицательной обратной связью по
току
4.3.3. Расчет значений емкостей 𝐶𝑎 , 𝐶𝑒 , 𝐶𝐸
5.
Моделирование работы усилителя в режиме большого сигнала
5.1. Расчет амплитудных характеристик усилителей
5.2. Расчет амплитудно-частотных характеристик усилителей.
6.
Экспериментальное исследование усилителя
6.1. Определение положения рабочей точки
6.2. Измерение амплитудных характеристик усилителей
6.3. Измерение амплитудно-частотных характеристик усилителей
7.
Выводы по работе
8.
Список литературы
9.
Протокол измерений
Приложение А
4
5
6
6
7
8
10
10
11
11
12
12
12
13
15
15
16
18
18
18
19
21
21
22
23
ВВЕДЕНИЕ
5
1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ.
Цель работы: изучение и исследование основных параметров биполярного
транзистора, определяющих работу линейного усилителя низкой частоты, на основе математических моделей и экспериментальных измерений.
Объект работы: транзистор П306 по модели Гуммеля-Пуна. Полупроводниковый элемент с тремя электродами, который служит для усиления или переключения сигнала, состоящий из двух противоположно включенных диодов,
которые обладают одним общим n-слоем. Транзистор состоит из базы В, эмиттера Е и коллектора С. Коллекторный ток Ic такого транзистора кратен базовому току Iв. Отношение β = Ic/ Iв называют коэффициентом усиления по току.
EC , В
I CA , мА
А
12
7
5
2. ПАРАМЕТРЫ БИПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА
Рис.1. Модель Гуммеля-Пуна p-n-p биполярного транзистора
6
2.1.
Параметры модели Гуммеля-Пуна, сведённые в таблицу
Таблица 1. Параметры модели Гуммеля-Пуна
Обозначение
параметра
Значение
Ед.изм
Is
βf
1,04
18,125
пА
βr
0,527
Nf
0,927
Nr
Ua
Uar
IKF
218
150
156
В
В
мА
IKR
1,22
мА
NE
NС
1,40
1,26
мА
мА
Ise, Isc
XCJC
0,088
0,61
пА
RB
RBM
IRB
Re
Rс
CJe
CJC
MJE
400
12,2
0,4
0,878
6
284,4
1823
0,5
Ом
Ом
мА
Ом
Ом
пФ
пФ
MJE
0,5
UJe
0,878
В
UJС
0,657
В
TF
0,63
мкс
Наименование параметра
Ток насыщения
Коэффициент передачи по току в прямом режиме
Коэффициент передачи по току в инверсном
режиме
Коэффициент неидеальности переходов в
прямом режиме
Коэффициент неидельности переходов в инверсном режиме
Напряжение Эрли
Напряжение Эрли в инверсном режиме
Ток начала спада зависимости β при малых
токах эмиттера
Ток начала спада зависимости β при малых
токах эмиттера в инверсном режиме
Коэффициент утечки эмиттерного перехода
Коэффициент утечки коллекторного перехода
Токи насыщения переходов
Коэффициент расщепления емкости коллектор-эмиттер
Сопротивление базы при нулевом смещении
Минимальное сопротивление базы
Ток половинного сопротивления базы
Сопротивление эмиттера
Сопротивление коллектора
Емкость эмиттера при нулевом смещении
Емкость коллектора при нулевом смещении
Коэффициент профиля легирования эмиттера
Коэффициент профиля легирования коллектора
Контактная разность потенциалов эмиттерного перехода
Контактная разность потенциалов коллекторного перехода
Время задержки
7
ITF
XTF
мА
250
2
Ток изменения граничной частоты
Коэффициент аппроксимации времени задержки
2.2.Расчёт выходной и входной характеристики биполярного транзистора
и сравнение их с характеристиками, полученными экспериментально.
Таблица 2. Выходные характеристики, рассчитанные теоретически
Iк,мА
0 0,19
0,2
Iб=0мА
Uкэ,В
0
2
20
Iб=0,2мА
Iб=0,4мА
Iк,мА
0
2,5
3,5
3,8
Uкэ,В
0
0,5
0,8
2
Iк,мА
0
3,5
5
7,4
Uкэ,В
0
0,4
0,6
2
3,92
4,09
10
20
7,66
8
10
20
Таблица 3. Выходные характеристики, полученные экспериментально
Iк,мА
0
0,05 0,06
Iб=0мА
Uкэ,В
0
2
20
Iб=0,2мА
Iб=0,4мА
Iк,мА
0
3
3,4
3,5
3,6
3,9
Uкэ,В
0
0,5
0,8
2
10
20
Iк,мА
0
5
6,5
6,8
7,4
7,8
Uкэ,В
0
0,4
0,6
2
10
20
Выходные статические характеристики
Iк,мА
9
8
7
6
5
4
3
2
1
Uкэ,В
0
0
5
10
15
20
Iб=0 эксп
Iб=0,2 мА эксп
Iб=0,4 мА эксп
Iб=0 теор
Iб=0,2 мА теор
Iб=0,4 мА теор
8
25
Рис. 2. Сравнение теоретических и экспериментальных выходных характеристик
Таблица 4. Входные характеристики, рассчитанные теоретически
Iб,мА
0
0
0,1
0,6
1,6 2,8
Uкб=-20В
Uэб,В
0
0,4
0,5
0,6
0,7 0,8
6
1
Таблица 5. Входные характеристики, полученные экспериментально
Iб,мА
0
0
0,1
0,62
1,8 3,2 6,5
Uкб=-20В
Uэб,В
0
0,4
0,5
0,6
0,7 0,8
1
Входные статические характеристики
7
Iб,мА
6
5
4
3
Uкб = -20 В
эксп
2
Uкб = -20 В
теор
1
0
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
Uэб,В
Рис. 3. Сравнение теоретических и экспериментальных входных характеристик
3. ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА УСИЛИТЕЛЯ НИЗКОЙ
ЧАСТОТЫ, НАЗНАЧЕНИЕ И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ.
Принципиальная схема усилителя:
Рис. 4. Схема усилителя.
9
Обозначение элементов схемы: 𝑅1 , 𝑅2 - сопротивления делителя напряжения;
𝑅𝐶 - сопротивление коллектора;
𝑅𝐸 - сопротивление, введенное в эмиттерную цепь для реализации отрицательной обратной связи по току;
𝐶𝑎 , 𝐶𝑒 , 𝐶𝐸 - разделительные емкости.
Схема предназначена для усиления сигнала низкой частоты. На базу транзистора подается сигнал, делитель напряжения, состоящий из резисторов R 1 и
R2, обеспечивает стабильный ток базы. Резистор R Е обеспечивает отрицательную обратную связь.
4. РАСЧЕТ ПОЛОЖЕНИЯ РАБОЧЕЙ ТОЧКИ
4.1. Расчет сопротивлений усилителя R1 , R2 , RC , R E с учетом таблицы
номиналов (Приложение В) и положения рабочей точки I CA , ECA .
𝐸𝐶 − 𝑈𝑐𝑎
12 − 6
𝑅𝐶 =
=
= 857.14 Ом ≈ 820 Ом
𝐼𝑐𝑎
7 ∙ 10−3
𝑅𝐶 857.14
=
= 164 Ом ≈ 160 Ом
𝐴
5
𝑅𝐸 =
𝑈𝐸 = 𝑅𝐸 ∙ 𝐼𝑐𝑎 = 164 ∙ 7 ∙ 10−3 = 1.148 В
𝑈𝐵 = 𝑈𝐵𝐸 + 𝑈𝐸 = 0.515 + 1.148 = 1.663 В
𝐼𝐵 =
𝐼𝑐𝑎
7
=
= 0.386 мА
𝛽стат 18.125
𝐼𝑅1𝑅2 = 11 ∙ 𝐼𝐵 = 11 ∙ 0.386 = 4.25 мА
𝑅1 =
𝑅2 =
𝐸𝐶 − 𝑈𝐵 12 − 1.663
=
= 2433. Ом ≈ 2400 Ом
𝐼𝑅1𝑅2
4.25 ∙ 10−3
𝐸𝐶
𝐼𝑅1𝑅2
− 𝑅1 =
12
− 2433 = 430,6 Ом ≈ 430 Ом
4.25 ∙ 10−3
4.2. Графоаналитический расчет рабочей точки и малосигнальных параметров транзистора
Графоаналитический расчет и расчет параметров rBE , rCE ,  ,  dif . , а
также A - коэффициента усиления по напряжению.
𝑟𝐵𝐸 =
∆𝑈𝐵𝐸
0.58 − 0.54
=
= 235,3 Ом
∆𝐼𝑏
(0.37 − 0.2) ∙ 10−3
10
𝑟𝐶𝐸 =
∆𝑈𝐶𝐸
20 − 6
=
= 40 кОм
∆𝐼𝐶
(3.6 − 3.5) ∙ 10−3
𝛽диф =
∆𝐼𝑐
3.5 − 0.6
=
= 18.125
∆𝐼𝑏 0.2 − 0.04
𝛽стат =
𝐼𝑐𝑎 3.5
=
= 17.5
𝐼𝑏𝑎 0.2
𝑆=
𝛽диф 18.135
∆𝐼𝐶
=
=
= 0.077 Ом−1
∆𝑈𝐵𝐸
𝑟𝐵𝐸
235
𝐴=
𝑈вых
11 − 1
=
= 80
𝑈вх
0.58 − 0.455
Установим связь малосигнальных параметров транзистора с h - параметрами:
ℎ11 − входное сопротивление
1
1
=
𝑟𝐵𝐸 ℎ11
ℎ22 − выходная проводимость
1
≈ ℎ22
𝑟𝐶𝐸
ℎ12 − коэффициент передачи по напряжению
𝑆𝑟 =
−ℎ12
≈0
ℎ11
ℎ21 − коэффициент передачи по току
𝑆=
ℎ21 𝛽диф
=
ℎ11
𝑟𝐵𝐸
4.3. Расчет параметров усилителя по малосигнальной схеме
11
Рис. 5. Малосигнальная схема усилителя
4.3.1. Параметры усилителя без отрицательной обратной связи по току
Рассчитаем значения 𝑟вх , 𝑟вых , 𝐴 - коэффициента усиления по напряжению
1
1
𝑟вх =
=
= 143.2 Ом
1
1
1
1
1
1
+ +
+
+
𝑟𝐵𝐸 𝑅1 𝑅2 235.3 2433 430.6
𝑟вых =
1
1
1
+
𝑟𝐶𝐸 𝑅𝐶
=
1
1
1
+
27000 470
= 461.96 Ом
𝐼𝑐𝑎
7 ∙ 10−3
𝐴=
=
= 226
1
1
1
1
𝑈𝑇 ∙ ( +
) 0.0259 ∙ (
+
)
𝑅𝐶 𝑟𝐶𝐸
857.14 40000
4.3.2. Параметры усилителя с отрицательной обратной связью по току
Рассчитаем значения 𝑟вх , 𝑟вых , 𝐴 - коэффициента усиления по напряжению
1
1
𝑟вх = 𝛽диф ∙ ( + 𝑅𝐸 ) = 18.125 ∙ (
+ 160) = 3135 Ом
𝑆
0.077
Вследствие отрицательной обратной связи по току выходное сопротивление
растет незначительно и стремится к 𝑅𝐶
𝑟вых ≈ 𝑅𝐶 = 820 Ом
𝐴=
𝑆 ∙ 𝑅𝐶
0.077 ∙ 820
=
= 6.27
1 + 𝑆 ∙ 𝑅𝐸 1 + 0.077 ∙ 160
12
4.3.3. Расчет значений емкостей 𝐶𝑎 , 𝐶𝑒 , 𝐶𝐸
Поскольку схема содержит три фильтра верхних частот, то нужно выбрать частоты среза 𝑓𝑔 этих фильтров в пределах до 𝑓мин = 20 Гц. Предположим, что эти частоты равны; используя формулу для n фильтров с равными частотами среза, найдем частоту среза этих фильтров:
𝑓мин 20
𝑓𝑔 =
=
= 11.5 Гц
√𝑛
√3
𝑅𝑔 = 100 Ом – внутреннее сопротивление источника напряжения
𝐼𝐶𝐴
7 ∙ 10−3
𝐶𝐸 =
=
= 3742.8 мкФ
2 ∙ 𝜋 ∙ 𝑓𝑔 ∙ 𝑈𝑇 2 ∙ 3.14 ∙ 11.5 ∙ 0.0259
𝐶𝑎 =
1
1
=
= 14.7 мкФ
2 ∙ 𝜋 ∙ 𝑓𝑔 ∙ (𝑅𝑔 + 𝑟вых ) 2 ∙ 3.14 ∙ 11.5 ∙ (100 + 839.2 )
𝐶𝑒 =
1
2 ∙ 𝜋 ∙ 𝑓𝑔 ∙ (𝑅𝑔 + 𝑟вх )
Для схемы без отрицательной обратной связи:
𝐶𝑒 =
1
= 56.9 мкФ
2 ∙ 3.14 ∙ 11.5 ∙ (100 + 143.2)
Для схемы с отрицательной обратной связью:
𝐶𝑒 =
1
= 4.28 мкФ
2 ∙ 3.14 ∙ 11.5 ∙ (100 + 3135)
Построим примерную амплитудно-частотную характеристику усилителя без обратной связи по току
𝐶𝐶𝐸
𝐶0
1823 ∙ 10−12
=
=
= 179.9 пФ
𝐸𝐶
√(1 + 6 )
2
0.657
(1 + 𝑉 )
𝑏𝑖
𝑓0 =
1
1
=
= 19.5 Гц
2 ∙ 𝜋 ∙ 𝑟вх ∙ 𝐶е 2 ∙ 3.14 ∙ 143.2 ∙ 56.9 ∙ 10−6
𝑓1 =
1
1
=
= 0.26 Гц
2 ∙ 𝜋 ∙ 𝑅𝐸 ∙ 𝐶𝐸 2 ∙ 3.14 ∙ 164 ∙ 3742.8 ∙ 10−6
13
𝑓2 =
𝑆
0.0775
=
= 3.3 Гц
2 ∙ 𝜋 ∙ 𝐶𝐸 2 ∙ 3.14 ∙ 3742.8 ∙ 10−6
𝑓3 =
1
1
=
= 1078 кГц
2 ∙ 𝜋 ∙ 𝑅𝐶 ∙ 𝐶𝐶𝐸 2 ∙ 3.14 ∙ 820 ∙ 179.9 ∙ 10−12
70
60
50
Ku
40
30
20
10
0
1E-1
1E+0
1E+1
1E+2
1E+3
1E+4
1E+5
1E+6
1E+7
f, Гц
Рис. 6. Примерная АЧХ усилителя без обратной связи по току
14
5. МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ УСИЛИТЕЛЯ В РЕЖИМЕ
БОЛЬШОГО СИГНАЛА
Моделирование работы усилителя проводится для двух режимов: с отрицательной обратной связью и без нее.
Рис. 7. Принципиальная схема усилителя без ООС
5.1. Расчет амплитудных характеристик усилителей
Таблица 6. Амплитудная характеристика усилителя без ООС на частоте 1 кГц
Uвх, В
Uвых, В
0,001 0,005 0,02 0,05 0,08 0,09
0,06
0,29
0,1
0,12 0,14 0,16 0,18
0,2
1,15 2,68 3,91 4,23 4,48 4,84 5,05 5,16 5,20 5,22 5,23
Таблица 7. Амплитудная характеристика усилителя с ООС на частоте 1 кГц
Uвх, В
0,22
0,01
0,05
0,1
0,3
0,5
0,7
0,9
1,1
1,2
1,3
1,4
Uвых, В 0,05
0,23
0,45
1,34
2,22
3,10
4,00
4,80
5,14
5,23
5,23
15
6,00
5,00
Uвых, В
4,00
3,00
2,00
Без ООС
С ООС
1,00
0,00
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
Uвх, В
Рис. 8. Амплитудные характеристики
5.2. Расчет амплитудно-частотных характеристик усилителей.
Таблица 8. Амплитудно-частотная характеристика усилителя без ООС при 𝑈ВХ = 0.05 В
f, Гц
10
20
50
100
200
500
Uвых, В 1,23 1,94 2,51 2,64 2,64 2,69
Ku
f, Гц
24,6 38,7 50,2 52,7 52,8 53,8
1000 2000 5000 10000 20000
2,66
2,64
2,51
2,35
2,09
53,2
52,7
50,2
47,0
41,9
50000 100000
Uвых, В
0,59
0,30
Ku
11,8
6,0
Без OOC
60,0
50,0
Ku
40,0
30,0
20,0
10,0
0,0
1
10
100
f, Гц
1000
10000
100000
Рис. 9. Амплитудно-частотная характеристика схемы без ООС
16
𝑘ср =
𝑘𝑚𝑎𝑥
√2
=
53.8
√2
= 38.04
𝑓𝑚𝑖𝑛 = 18 Гц
𝑓𝑚𝑎𝑥 = 20.3 кГц
Таблица 9. Амплитудно-частотная характеристика усилителя с ООС при 𝑈ВХ = 0.05 В
f, Гц
5
10
20
50
100
200
500
1000
2000
5000
Uвых, В
0,26
0,46
0,82
1,86
3,02
3,98
4,44
4,48
4,54
4,54
Ku
0,01
0,02
0,04
0,09
0,15
0,20
0,22
0,22
0,23
0,23
f, Гц
10000 20000 50000 100000 200000
Uвых, В
0,225
0,222
0,195
0,147
0,09
Ku
4,5
4,44
3,9
2,94
1,8
C OOC
5
4,5
4
3,5
Ku
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
1
10
100
1000
10000
100000
1000000
f, Гц
Рис. 10. Амплитудно-частотная характеристика схемы с ООС
𝑘ср =
𝑘𝑚𝑎𝑥
√2
=
4.5
√2
= 3.18
𝑓𝑚𝑖𝑛 = 105 Гц
𝑓𝑚𝑎𝑥 = 89 кГц
17
6. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ УСИЛИТЕЛЯ
6.1. Определение положения рабочей точки
𝑅1 = 1800 Ом
𝑅2 = 330 Ом
𝑅𝑐 = 680 Ом
𝑅𝑒 = 100 Ом
𝐶𝑒 = 10 мкФ
𝐶𝐸 = 20 мкФ
𝑈𝑐 = 5.74 𝐵
𝑈𝑒 = 0.718 𝐵
𝑈𝑏 = 1.315 𝐵
6.2. Измерение амплитудных характеристик усилителей
Измерения амплитудных характеристик проводились с помощью осциллографа при фиксированной частоте 1 кГц.
Таблица 10. Амплитудная характеристика усилителя без ООС на частоте 1 кГц
Uвх, В
0
0,2
0,25
0,32
0,5
0,84
0,98
1,5
Uвых, В
0
2,2
2,7
3,5
5
7,4
8
8
Таблица 11. Амплитудная характеристика усилителя с ООС на частоте 1 кГц
Uвх, В
0
0,06
0,205
0,3
0,4
0,52
0,8
1,1
1,2
1,5
2
Uвых, В
0
0,4
1,4
2
2,6
3,3
5
6,6
7,2
8
8
18
9,00
8,00
7,00
Uвых, В
6,00
5,00
4,00
Без ООС
3,00
С ООС
2,00
Эксп С ООС
1,00
Эксп Без ООС
0,00
0
0,5
1
1,5
2
2,5
Uвх, В
Рис. 11. Сравнение теоретических и экспериментальных амплитудных характеристик
6.3. Измерение амплитудно-частотных характеристик усилителей
Измерения амплитудно-частотных характеристик проводились с помощью осциллографа при фиксированной входной амплитуде.
Таблица 12. Амплитудно-частотная характеристика усилителя без ООС
f, Гц
100
200
400
830
1040
2416
3600
9550
15000
30400
Uвх, В
0,5
0,31
0,26
0,22
0,22
0,225
0,2
0,2
0,26
0,24
Uвых, В
3
2,2
2
2
2,05
2,3
2,1
2,15
2,85
2,6
Ku
6,0
7,1
7,7
9,1
9,3
10,2
10,5
10,8
11,0
10,8
f, Гц
61600
106000
152000
202000
303000
Uвх, В
0,24
0,24
0,22
0,25
0,2
Uвых, В
2,5
2,1
1,5
1,1
0,7
Ku
10,4
8,8
6,8
4,4
3,5
19
Без OOC
60,0
АЧХ
теор
40,0
АЧХ
эксп
Ku
50,0
30,0
20,0
10,0
0,0
1
10
100
1000
10000
100000
1000000
f, Гц
Рис. 12. Сравнение теоретических и экспериментальных АЧХ усилителя без ООС
𝑘ср =
𝑘𝑚𝑎𝑥
√2
=
11
√2
= 7.78
𝑓𝑚𝑖𝑛 = 155 Гц
𝑓𝑚𝑎𝑥 = 160 кГц
Таблица 13. Амплитудно-частотная характеристика усилителя с ООС
f, Гц
83
150
201
534
805
1053
2475
3043
10800
22900
Uвх, В
0,4
0,22
0,2
0,08
0,3
0,27
0,24
0,23
0,18
0,17
Uвых, В
2,1
1,2
1,1
0,45
1,7
1,5
1,3
1,25
1
0,95
5,25
5,45
5,50
5,63
5,67
5,56
5,42
5,43
5,56
5,59
Ku
f, Гц
Uвх, В
Uвых, В
Ku
103600 158500 255000
0,17
0,17
0,21
0,7
0,6
0,58
4,12
3,53
2,76
20
C OOC
6
АЧХ
теор
АЧХ
эксп
5
Кu
4
3
2
1
0
1
10
100
1000
10000
100000
1000000
f, Гц
Рис. 13. Сравнение теоретических и экспериментальных АЧХ усилителя с ООС
𝑘ср =
𝑘𝑚𝑎𝑥
√2
=
5.67
√2
=4
𝑓𝑚𝑖𝑛 = 83 Гц
𝑓𝑚𝑎𝑥 = 110 кГц
21
7. ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ
В ходе данной курсовой были исследованы основные параметры биполярного транзистора с учетом отрицательной обратной связи и без нее. Отрицательная обратная связь по току используется для стабилизации положения рабочей
точки, а также для контроля нелинейных искажений. Амплитудная характеристика в режиме с обратной связью имеет меньшую крутизну, чем в режиме без
обратной связи, однако в режиме без обратной связи насыщение характеристики
наступает при меньшем входном напряжении. Также отрицательная обратная
связь вызывает увеличение входного сопротивления. Выходное сопротивление
при этом меняется незначительно.
Амплитудно-частотные характеристики свидетельствуют о том, что хоть у
схемы без обратной связи коэффициент усиления по напряжению больше, она
имеет меньшую полосу пропускания: Δf = 0.78 ... 82 кГц для схемы с ООС, и Δf
= 0.092 … 36 кГц без ООС.
Биполярный транзистор будет увеличивать входной сигнал при частотах
0.78 ... 82 кГц и амплитуде до 0.7 В при учете отрицательной обратной связи;
при частотах 0.092 … 36 кГц и амплитуде до 0.25 В без учета обратной связи.
8. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Иванов, Б. В., Тупицын, А. Д. Моделирование биполярного транзистора
при проектировании электронных схем. СПбГЭТУ, 2006
2. Лебедев, А. И. Физика полупроводниковых приборов. М.: Физматлит,
2008.
22