Расчет простейших нелинейных цепей. Расчет усилительного каскада по схеме с общим эмиттером

Министерство образования и науки молодежи и спорта Украины

ГВУЗ «___________________________________________университет»

Кафедра

Электрификации промышленных предприятий

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа

 

по дисциплине:«Электроника и микросхемотехника»

 

на тему: «Расчет простейших нелинейных цепей. Расчет усилительного каскада по схеме с общим эмиттером. Расчет Hпараметров транзистора.»

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил

студент группы __________

_________________

проверил

_____________

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2013

Содержание

 

1. Расчет простейших нелинейных цепей…………………………….. 3
2. Расчет усилительного каскада по постоянному току.…………….. 6
3. Расчет усилительного каскада по переменному току………………7
4. Расчет Н-параметров транзистора…………………………………...9
5. Приложения…………………………………………………………..11

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Расчет простейших нелинейных цепей

 

 

Задание:

Рассчитать схему (рис. 1.1), содержащую нелинейный элемент (диод), двумя способами – графическим и итерационным. Точность расчета аналитическим способом: =0,000001.

Дано:

 

Е=15 В

R=1000 Ом

T=285 К

M=2.8

I0=10-5 *10-3=0.01 mA

 

 

Найти:

 

Uvd=?

I=?

 

Решение:

 

1. Графический метод:

 

Состояние расчетной схемы можно описать следующими уравнениями:

 

 

 

 

Первое уравнение описывает изменение падения напряжения на резисторе R.

Второе уравнение описывает падение напряжения на диоде (модель Эберса-Молла).

 

Сначала построим прямую описывающую падение напряжения на резисторе. Для этого нам необходимо рассмотреть крайних случаи существования характеристики.

 

1. Если , то =15 В.
2. Если , то

 

 

Построим график:

 

Рисунок 1.2 – падение напряжения на резисторе.

 

Для построения ВАХ диода воспользуемся вторым уравнением. Для этого Imax разделим на 10 участков и для каждого из них определим .

 

при    ,

при    ,

при    ,

при    ,

при    ,

при    ,

при    ,

при    ,

при    ,

при    .

 

 

 

 

 

 

 

 

По полученным данным построим график:

Рисунок 1.3 – решение электрической цепи с нелинейным элементом.

 

 

2. Аналитический метод:

 

Аналитический метод сводится к определению тока и падения напряжения на диоде методом итераций. Для этого зададим точность расчета

Начнем расчет:

 

 

 

 

 

 

 

 

Так как разность двух последних вычислений по модулю больше заданной точности то вычисления можно прекращать и ответом будут и.

 

Что с некоторой погрешностью совпадает с результатами, полученными при расчете графическим методом.

2.Расчет  усилительного каскада по схеме  с общим эмиттером

 

1. Расчетпопостоянномутоку

 

Для расчета каскада по постоянному току на выходных ВАХ проводится линия динамической нагрузки, которая представляет собой геометрическое место координат и которое соответствует возможным значениям рабочей точки каскада.

 

 

 

Рисунок 2.2  - Входные и выходные ВАХ транзистора.

 

 

 

Для построения линии динамической нагрузки по постоянному току задаемся максимальным током. Другойточкой будет являться точка. Соединив найденные точки, получаем линию динамической нагрузки. Далее выбираем точку покоя деля линию динамической нагрузки пополам (Все графические построения - см. приложение 1).Линия графика будет являться . ,  .  Далее значениепереносим на входные ВАХ и ставим точку покоя. Относительно этой точки находим .

 

Из уравненияможно выразить:

 

 

 

Из отношенияквыводится:

 

 

 

Теперь найдем сопротивление делителей R1иR2:

 

 

 

 

 

2. Расчет по переменному току

 

Линия нагрузки на переменном токе проходит выше линии нагрузки на постоянном токе. Чтобы сохранить результаты выполненных расчетов, необходимо новую линию нагрузки путем параллельного переноса сместить таким образом, чтобы она прошла через точку покоя П. В результате построений на ВАХ получаем объединенную линию динамической нагрузки на переменном токе.

 

 

 

,

 

Рассчитаем коэффициент усиления по напряжению:

 

 

 

Рассчитаем коэффициент усиления по току:

 

 

Для расчета дифференциального сопротивления эмиттерного перехода зададимся сопротивлением базы .

 

 

 

Найдем входное сопротивление транзистора:

 

 

 

Входное сопротивление усилительного каскада можно выразить как:

 

 

 

Отсюда следует что :

 

 

 

Выходное сопротивление усилительного каскада приблизительно равно сопротивлению коллектора:

 

 

 

Аналитический расчет коэффициента усиления по напряжению:

 

 

 

Коэффициент усиления по напряжению полученный аналитическим методом с небольшой погрешностью совпадает с полученным в ходе графических построений.

 

 

3. Расчет Н-параметров транзистора

 

Если к транзистору подведено питание постоянного тока и этим задана рабочая точка П на его ВАХ, то при наложении на протекающие токи малых переменных сигналов транзистор в отношении этих сигналов можно рассматривать как линейный элемент электрической цепи. На этом основано применение к транзистору методов теории линейных четырехполюсников (рис. 2.1).

Рисунок 2.1 – Схема четырехполюсника

Такой четырехполюсник описывается системой из двух уравнений:

; .

Исследуя четырехполюсник в режиме холостого хода и в режиме короткого замыкания , рассчитываются h-параметры, и выясняется их физический смысл.

	–входное сопротивление транзистора
	–коэффициент усиления по току
	– коэффициент обратной связи по напряжению
	–выходная проводимость транзистора

Для расчета h-параметров используем ЭДС источника питания и максимальный ток коллектора, т.е. линию динамической нагрузки по переменному току Точку покоя П′ выбираем посредине рабочей части линии динамической нагрузки. Полученная точка П′ характеризуется параметрами,, . Далее переносим точку П′ на входные ВАХ (рис. 4.2).

Следующий этап расчета предусматривает построение треугольников сопротивлений. Для этого через точку П′ проводится касательная к характеристике ().На проведенной касательной выбираем точки А и В. И проводим прямые параллельные осям. В результате поучим прямоугольный треугольник АВС. Проекции вершин треугольника  на оси дают нам приращения , . Эти значения помогут найти входное сопротивление транзистора:

 

 

 

Теперь проводим касательную через точку П′ на выходной ВАХ, произвольно выбираем точки A¢ и B¢, проводим параллельные осям координат прямые и получаем треугольник A¢B¢C¢. Из него следует 

, . Зная эти параметры можем определить выходную проводимость транзистора:

 

 

 

Теперь определим коэффициент обратной связи по напряжению:

 

 

 

 

Проекции точек e и f на ось дают приращение мА, приращение мА.Отсюда найдем коэффициент усиления по току:

 

 

 

Определяем физические параметры транзистора. Дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода:

 

 

 

Объемное сопротивление базы:

 

Ом

 

Дифференциальное сопротивление коллекторного перехода:

 

 

 

Эквивалентная Т-образная схема замещения: