Биполярные транзисторы

     

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     2. Установка рабочей точки

   Проведем  установку рабочей точки промежуточного каскада УНЧ с помощью делителя напряжения (рис.19)

     

   Нам задан тока покоя (Rk = 1 kOm) в режиме класса А и напряжение коллекторного питания Ек (Ek=12 B). Так как рабочая точка должна лежать посередине нагрузочной прямой,то есть Uke = 6B, а ток коллектора по условию Ik = 6 mA. Отсюда, используя закон Кирхгофа, определяем Rk:

   

    Получаем  Rk = 600 Ом, однако в ряде Е12 такой величины нет, поэтому выбираем ближайшее значение Rk = 620 Ом. В этом случае Uke = Ek – IkRk = 5.8 В.

   Для расчета остальных сопротивлений  нам нужны значения Ib и Ube в рабочей точке. Для определения Ib используем характеристику прямой передачи при Uke = 5.8 В. При получении характеристики прямой передачи используем схему измерений выходных характеристик (рис.1)  
 
 
 

   

     
 
 
 

   Получаем  Ib = 76 мкА. Для определения Ube используем входную характеристику при Uke = 5.8 В.

   

   Получаем  Ube = 0.72 В. Далее для расчета R1, R2 зададимся током делителя: Id = 10..100Ib (т.е в пределах 0.76 – 7.6 мА). Мы определим его так, чтобы R2 = Ube/Id лежало как можно ближе к значениям ряда Е24. Пусть R2 = 130 Ом. Тогда Id = Ube/R2 = 5.54 мА, этот ток лежит в пределах допустимых значений. Далее по закону Кирхгофа:

   

   Получаем  R1 =  2036 Ом. Из ряда Е24 находим  R1 =  2000 Ом. Убедимся в правильности расчетов проведя моделирование схемы в MC7 , используя режим Dynamic DC: 
 

    

       
 
 
 
 
 
 
 

       
 
 
 
 
 
 
 
 

     3. Усилительный каскад на биполярном транзисторе

     Схема УНЧ имеет следующий вид:

   Сначала проведем расчет разделительных конденсаторов C1 и С2 для заданной полосы рабочих частот, емкости нагрузки и сопротивления нагрузки. По условию имеем:

   F = 1 кГц, Rн = 10 кОм, Cн = 100 пФ

   В области нижних частот сопротивления  конденсаторов С1 и С2 увеличиваются  и становятся соизмеримыми с эквивалентными сопротивлениями входа и выхода УНЧ. Амплитудно-частотные искажения  в этой области зависят от низкочастотных постоянных времени t1 и t2 цепей разделительных конденсаторов C1 и C2 соответственно. Результирующая постоянная времени каскада t на некоторой частоте w оценивается через коэффициент частотных искажений M:

    

   Сам же коэффициент частотных искажений на частоте w определяется так:

    M(w) = K(w_ср)/K(w)

где K(w_ср) - коэффициент усиления  на средней частоте, а K(w) - коэффициент усиления  на данной  частоте. Тогда на граничных частотах по определению M = . Отсюда постоянная времени каскада на граничных частотах t =1/w. Определим постоянную времени каскада tн на нижней частоте (она заведомо больше постоянной времени на верхней частоте):

   Постоянная  времени каскада сложно зависит  от постоянных времени отдельных  цепей однако,  если в каскаде постоянная времени некоторой ветви существенно меньше постоянных времени остальных ветвей, то можно считать, что постоянная времени всего каскада определяется именно ей. Поэтому положим t1 = tн, а t2 = 10 tн.   

    Рассмотрим эквивалентную схему входной цепи с разделительным конденсатором С1:

   

    Для определения сопротивления Rbe (входное сопротивление транзистора в рабочей точке) используем входную характеристику при Uke = 5.6В:

   Получаем:

   

   Для этой цепи t1 = tн = 0.0008c. В то же время t1 = RC1, где R – суммарное сопротивление ветви определяется:

   

 

   Отсюда  находим и С1:

   

   Итак, полученный результат C1 = 4.2 мкФ, или если использовать стандартный ряд значений емкостей электролитических конденсаторов С1 = 5мкФ.

   Аналогично действуем при определении второй разделительной емкости. Рассмотрим эквивалентную схему выходной цепи с разделительным конденсатором С2:

   

    Для определения сопротивления Rke (выходное сопротивление транзистора в рабочей точке) используем выходную характеристику при Ib = 78 мкА:

    

    Получаем:

    

   В данном случае t2 = 10tн. В то же время t2 = RC1, где R – суммарное сопротивление ветви определяется:

   

   Отсюда:

   

   Получаем  результат С2 = 758нФ, или по стандартной линейке С2=1мкФ.

   Теперь  проанализируем полученный УНЧ в  МС7.

   Амплитудно-частотный анализ (АЧХ):   

      

   Амплитудно-временной  анализ:

   
 

   Для оценки качества усиления проведем спектральный анализ  выходного сигнала в заданной полосе частот ( входной сигнал имеет частоту Fвх = 1000Гц ):

     
 
 
 
 
 
 

   Оценим  коэффициент нелинейных искажений y в %:

       
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  Заключение

   Итак, в результате проделанной работы были определены параметры модели экспериментально исследованного транзистора МП 40, после  чего этот транзистор был добавлен в библиотеку МС7. Во второй части  работы также были достигнуты положительные результаты: с помощью делителя в промежуточном каскаде УНЧ на биполярном транзисторе установлена рабочая точка, соответствующая середине нагрузочной прямой. Рассчитаны значения минимальные значения разделительных емкостей, вносящих наименьшие искажения в выходной сигнал. Также для УНЧ на исследуемом транзисторе была построена АЧХ и рассчитан коэффициент нелинейных искажений.     
 
 

  Список  литературы

   1. Григоров О.П., Замятин В.Я. «Транзисторы». Москва, Радио и связь, 1989