Московский государственный технический университет им. Н.Э.Баумана
Факультет « Информатика и системы управления»
Кафедра « Автоматизированные системы обработки информации и управления »
Курсовая работа по микроэлектронике и
схемотехнике
Вариант – 18
____________________________________________________
(количество листов)
Разработал
Принял
студент группы ИУ3-71
Иванов К.Г.
Москва - 2004
___________________________________________________________________________
-2-
СОДЕРЖАНИЕ
Задание ............................................................................................................ 3
Расчеты и моделирование .............................................................................. 5
1. Расчет параметров резисторов схемы ................................................. 5
2. Моделирование схемы на постоянном токе ........................................ 9
3. Реакция схемы на изменение параметров транзистора ................... 11
4. Заключение по результатам моделирования на постоянном токе .... 13
5. Расчет основных малосигнальных параметров схемы ..................... 13
6. Расчет емкости конденсаторов. Прогнозирование верхней
границы полосы пропускания .............................................................. 19
7. Моделирование схемы на переменном токе ..................................... 22
8. Реакция усилителя на импульсный сигнал ........................................ 25
9. Заключение по результатам моделирования на переменном токе ... 27
Выводы по работе ......................................................................................... 27
Список литературы ........................................................................................ 28
Приложение 1. Параметры транзистора КТ316Д......................................... 29
Приложение 2. Параметры транзистора и входных сигналов .................... 30
-3-
ЗАДАНИЕ
1. Рассчитать параметры резисторов R1, R2, Rэ и Rк, исходя из
заданного положения рабочей точки в классе А (IкА) и ее
нестабильности (S) при напряжении источника питания схемы (Ек),
типе транзистора (VT1), для схемы, изображенной на Рис.1.
2. Используя любую из программ анализа электронных схем,
промоделировать работу схемы на постоянном токе. Рассмотреть
узловые
потенциалы
в
схеме.
Построить
передаточную
характеристику схемы на участке база-коллектор транзистора
Uk=f(Uб) и нанести на нее рабочую точку. Обозначить на
характеристике области работы транзистора.
3. Изменить коэффициент усиления по току транзистора (Вст) в два
раза и определить, на сколько изменится ток коллектора. Проделать
то же, изменив неуправляемый ток коллекторного перехода в десять
раз.
4. Дать заключение о степени соответствия прогноза, сделанного на
основании аналитических расчетов, и результатов моделирования по
работе схемы на постоянном токе.
5. Оценить расчетным путем основные малосигнальные параметры
рассматриваемой схемы Kuo, Kео, Kio, Kp, Rвх, Rвых, а также при
какой амплитуде входного сигнала в схеме возникнут нелинейные
искажения.
6. На основе сведений о нижней граничной частоте (Fн) полосы
пропускания усилителя с учетом данных о сопротивлениях нагрузки
(Rн) и источника сигнала (Rг) определить емкости разделительных
(Ср1 и Ср2)
и блокировочного (Сбл) конденсаторов.
Спрогнозировать верхнюю граничную частоту (Fв) полосы
пропускания усилителя.
7. Промоделировать работу схемы на переменном токе и построить
АЧХ и ФЧХ усилителя, по которым определить граничные частоты
полосы пропускания усилителя. Определить также на основе
моделирования с использованием зависимого источника сигнала
входное (Rвх) и выходное (Rвых) сопротивления усилителя на
средней частоте.
8. Предсказать аналитически и исследовать с помощью моделирования
реакцию усилителя на импульсный сигнал малой величины.
9. Провести сравнение аналитических прогнозов поведения усилителя
на
переменном токе с результатами моделирования и сделать
необходимые выводы.
-4Оформить отчет о проделанной работе, в котором представить:
- Исходные данные.
- Аналитические расчеты параметров деталей схемы и параметров
выходных сигналов, характеризующих ее поведение на постоянном
и переменном токе.
- Результаты моделирования в виде распечаток принципиальной
схемы с узловыми потенциалами, передаточной, амплитудночастотной,
фазо-частотной
и
переходной
характеристик.
Приведенные графики должны быть обработаны и на них указаны
извлекаемые параметры.
- Распечатки библиотечных параметров транзистора (VT1),
источников синусоидального и импульсного сигналов с объяснением
каким образом все эти параметры были назначены.
- Выводы по работе.
Исходные данные:
Таблица 1
№
п/п
12
IкА
mA
1
S
7
Eк
В
12
Тип
транзистора
KT315Г
Fн
Гц
100
Rг
кОм
3
Rн
кОм
2
Cн
пФ
150
-5-
РАСЧЕТЫ И МОДЕЛИРОВАНИЕ
1.
РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ РЕЗИСТОРОВ СХЕМЫ
Рассчитать параметры резисторов R1, R2, Rэ и Rк, исходя из
заданного положения рабочей точки в классе А (IКА) и ее
нестабильности (S) при напряжении источника питания схемы (Ек),
типе транзистора (VT1), для схемы, изображенной на Рис.1.
Дано:
Транзистор КТ315Г кремниевый эпитаксиально-планерный n-p-n
переключательный маломощный и СВЧ усилительный с
ненормированным коэффициентом шума транзистор. Транзистор
КТ315Г предназначен для усиления сигналов высокой частоты.
Напряжение база-эммитер на кремниевом транзисторе возьмем
UБЭ (U BЕ);:
UBЕ = 0.7 B
Напряжение база-коллектор
возьмем UБК (U BК);
на
кремниевом
транзисторе
U BК = 0.75 B
Для режима работы транзистора в режиме каскада ОЭ возьмем
напряжение на резисторе RЭ (RE) равным 10% от напряжения на
источнике питания EК,т.е U РЭ (U RE);
URЕ = 0.1*EK = 0.1*12 =1.2 В
Статический коэффициент усиления по току в схеме с общим
эмиттером
взят из справочника для транзистора КТЗ15Г.
Коэффициент может принимать значение от 60 до 300. Возьмем
среднеарифметическое значение:
150 250 400
200
2
2
Коэффициент передачи эмиттерного тока:
1
200
0.995
201
Решение:
a) Рабочая точка для транзисторов класса А располагается
посередине линейной области на ВАХ транзистора.
Ток коллектора транзистора в активном режиме примерно равен
току эмиттера:
IK *IЭ
(1);
Из выражения (1) можно найти ток эмиттера IЭ (IE) :
-6-
IE
IK
I K * ( 1)
1 * 10 3 * 201
1.01mA
200
Сопротивление резистора RЭ ( RE ) находим по закону Ома:
R Е
U RЕ 1.2 * 1000
1.19 КОм
Е
1.01
Определим RБ (R B) из выражения:
S
R В
1
1
R
1 Е
R В
RЕ
R * (S - 1) 1.19 * 1000 * 6
Е
7.68
* S - S - 1 0.995 * 7 8
1
1
1
S
КОм
Определим ток базы IБ ( IB ) из выражения:
IЕ= IB*(B + 1)
Из закона Ома можно получить ток базы:
IВ
U RЕ
1.2
5mkA
R Е ) 1.19 * (201)
Рассчитаем R1 по формуле:
R1
EK
12
47.5624 КОм
(U BЕ U RЕ 25.23 * 10 7
IB
RB
Найдем R2 :
RВ
R2
R1 * R2
R1 R2
RВ * R1
7680 * 47562.4
8.44
RВ R1
39882.4
КОм
-7Для транзистора класса А рабочая точка располагается
посередине линейной области ВАХ:
U RК
EK - U RЕ 20 2
9
2
2
В
По закону Ома :
RК
U RК 9
4.5 КОм
I KA
2
b) Из справочника «Резисторы» выберем резисторы, ближайшие к
рассчитанным.
Рассчитанные
Параметр
значения
(Ком)
0.99
7.28
52.38
8.44
4.50
RE
RВ
R1
R2
RК
Значения из
стандартного
ряда E24 (Ком)
Относительная
погрешность
(%)
1.0
7.5
5.1
8.2
4.7
0.6
2.9
2.6
2.8
4.3
Пересчитаем значения URЭ , IЭ ,URK ,IKA ,IB ,S при резисторах,
взятых из стандартного ряда Е24.
URЕ = 0.1*EK = 0.1*20 = 2 В
IВ
U RЕ
2
0.0110 mA
RЕ β ) 1* ( 180 1 )
I K I K * ( β 1 ) 1.91* 10 3 * 181
IE
1.9210 mA
α
β
180
U RК
I KA
EK - U RЕ 20 2
9
2
2
В
U RК
9
1.91 mA
RК
4.7 * 10 3
-8-
1
S
1
α
R
1 Е
RВ
UК
1
8.16
0.9945
1
1 * 10 3
1
7.5 * 10 3
EK
20
10
2
2
В
Результаты теоретических расчетов :
2.
Параметр
Теоретические
значения
IКA
IВ
IЕ
URЕ
URК
UК
RE
RВ
R1
R2
RК
1.91 mA
0.0110 mA
1.9210 mA
2.00 B
9.00 В
10.00 В
1.00 КОм
7.50 КОм
51.00 КОм
8.20 КОм
4.70 КОм
МОДЕЛИРОВАНИЕ СХЕМЫ НА ПОСТОЯННОМ ТОКЕ
Используя любую из программ анализа электронных схем,
промоделировать работу схемы на постоянном токе. Рассмотреть
узловые
потенциалы
в
схеме.
Построить
передаточную
характеристику схемы на участке база-коллектор транзистора
Uk=f(Uб) и нанести на нее рабочую точку. Обозначить на
характеристике области работы транзистора.
Для кремниевых транзисторов
ISC = 10-12…10-16- обратный ток коллектора;
B = 180-коэффициент усиления;
-9BR = 1- коэффициент усиления тока в схеме ОЭ при инверсном
включении транзистора;
rb = 40 Ом -внутреннее сопротивление базы;
ΨК = 0.75
\
Рис. 2. Схема моделирования по постоянному току
Рис. 3. Параметры транзистора
-10-
Рис.4. Узловые потенциалы
Сравним
данные,
полученные
теоретическим
путем
практическим. Сравнительный анализ проведем в таблице.
Параметр
IK
IВ
IE
UBE
URE
URK
UK
Теоретически
е значения
1.91 mA
0.0110 mA
1.9210 mA
0.7 B
2.00 B
9 B
10.0 B
Практические
значения
2.061 mA
0.0114 mA
2.065 mA
0.615 B
2.071 B
8.965 B
10.27 B
и
Относительная
погрешность
(%)
7.3
3.5
6.9
12
3.4
0.38
2.6
Из таблицы видно, что данные примерно совпадают.
Следовательно, исследуемые параметры были рассчитаны, верно.
Область отсечки
Затем построим передаточную характеристику схемы на участке
база-коллектор транзистора Uk=f(Uб) и нанесем на нее рабочую
точку.
т.Апракт
.
т.А
теоретич.
Нормально
активная
область
Область
насыщения
-11Рис. 5. Передаточная характеристика на участке база-коллектор
транзистора Uk=f(Uб)
Сравним полученные рабочие точки
Параметр Теоретические
значения
UK
10 B
Практические
значения
Относительная
погрешность
(%)
12.21 B
18
Значения различаются, но погрешность < 40% .Следовательно,
можно считать, что расчеты были сделаны правильно.
3. РЕАКЦИЯ СХЕМЫ НА ИЗМЕНЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ТРАНЗИСТОРА
Изменить коэффициент усиления по току транзистора (Вст) в два
раза и определить, на сколько изменится ток коллектора. Проделать
то же, изменив неуправляемый ток коллекторного перехода в десять
раз.
а) Изменим коэффициент усиления по току в 2 раза , т.е B = 90.
-12-
Рис .6. Моделирование схемы на постоянном токе при В = 90
IK = 1.977 mA
В результате ток коллектора изменился на 4.8 % при β = 90
б) Изменим обратный ток коллекторного перехода в 10 раз , т.е
IS = 1*10-14 mA
-13-
Рис .7. Моделирование схемы на постоянном токе при
уменьшении в 10 раз обратного тока коллекторного перехода
На рисунке 6 можно заметить, что ток коллектора изменился
всего лишь на 4.6%.
4. ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ МОДЕЛИРОВАНИЯ НА
ПОСТОЯННОМ ТОКЕ
Дать заключение о степени соответствия прогноза, сделанного на
основании аналитических расчетов и результатов моделирования по
работе схемы на постоянном токе.
При моделировании параметры резисторов были немного
изменены по отношению к расчетным данным (см. пункт.1).
Нетрудно заметить, что теоретические данные с некоторой
погрешностью соответствуют результатам моделирования.
Изменяя в пункте 3 параметры транзистора, мы убедились в том,
что смоделированный усилительный каскад фиксирует рабочую
точку транзистора и относительно небольшое изменение
коэффициента усиления тока B(β) и обратного тока коллекторного
перехода Is ,незначительно повлияло на ток коллектора.
5. РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ МАЛОСИГНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ СХЕМЫ
Оценить расчетным путем основные малосигнальные параметры
рассматриваемой схемы Kuo, Kео, Kio, Kp, Rвх, Rвых, а также при
какой амплитуде входного сигнала в схеме возникнут нелинейные
искажения.
В экспериментальных и теоретических расчетах будем
использовать эквивалентную схему усилителя для средних частот
(рис. 8).
-14-
Рис.8. Эквивалентная схема усилителя для СЧ (средних частот).
Рассчитаем дифференциальное сопротивление эммитерного
перехода:
ψТ
25 * 10 -3
re
13 Ом
I Е 1.921* 10 -3
Найдем входное сопротивление транзистора:
Rвхх.т
U ВЕ
IВ
Rвх.тр. = rb + (+1)*re = 40 + (180 + 1)*13 = 2.393 КОм
Найдем входное сопротивление:
RU0
U ВХ
I ВХ
или
RВХ
1
1
1
RB Rвх.тр
1/[1/7500 1/2393] 1.814 КОм
Найдем коэффициент усиления по напряжению:
K U0
U ВЫХ
U ВХ
или
/ R
KU0
[ 180/[1/4700 1/2000]]/2393 105.53
1
1 вх.тр
R R
Н
К
-15Найдем коэффициент усиления по току:
K I0
I ВЫХ
I ВХ
KI0 =[RB/(RB + Rвх.тр.)]*B*[RK/(RK + RH)] =[7500/(7500 +2393) ]*180
*[4700/(4700 + 2000)] =95.73
Найдем выходное сопротивление
RВЫХ = Ux.x/Iк.з
или
RВЫХ RK = 4.7 КОм
Найдем коэффициент усиления по напряжению на генераторе
KE0 = eg/UВЫХ
или
KE0 = [Rвх.тр./(Rg + Rвх.тр.)]*KU0 = [2393/(5000 +2393)]*105.53 = 34.16
Найдем коэффициент усиления по мощности
KP = KU0*KI0 = 105.5341*95.73 =10102.39
Промоделируем
схему,
чтобы
проверить
правильность
результатов, заменив транзистор его эквивалентной Т-образной
схемой замещения транзистора для работы на средних частотах.
Рис. 9. Эквивалентная Т-образная модель
Сравним коэффициенты усиления по току и напряжению,
полученные теоретически и практически.
-16Практические данные:
Возьмем следующие данные из схемы, изображенной на рисунке 9:
UВЫХ=13.63 В;
UВХ=129.3 mВ;
IВЫХ=6.827 mA;
IВХ=72.34 μA
и подставим в следующие формулы:
U ВЫХ K I ВЫХ
K U0
; I0
I ВХ
U ВХ
Параметр
Теоретические
данные
Практические
данные
Относительная
погрешность (%)
KUO
105.53
105.41
0.114
KIO
95.73
94.37
1.42
Значения, находящиеся в этой таблице совпадают. Отсюда
можно сделать вывод: значения, рассчитанные в этом пункте
задания, рассчитаны, верно.
Найдем напряжение на участке коллектор-эмиттер
ЕК
2 * ( RK RЕ )* U mКЕ
ЕК
20
U mКЕ
1.31
2 * ( RK RЕ )* tgβ 2 * ( 4700 1000 )* tg180
tgβ
U т КЕ 1.31* 10 3
U вх.m
12.41
KU0
105.53
mВ
μВ
Найдем максимальную амплитуду входного сигнала, при которой
в схеме не возникнут нелинейные искажения.
e g.max U вх.т U вх.т *
Rg
R ВХ
12.41* 10
6
5 * 10 3
12.41* 10 *
46.63
1.814 * 10 3
6
eg.max
46.63 * 10 6
eg
23.315
2
2
μВ
μВ
Оценим графическим способом амплитуду входного сигнала, при
которой в схеме не возникнут нелинейные искажения (eg.max).
-17-
RК+R E
Область насыщения
ЕК
Нагрузочная прямая по постоянному току
т.А
ЕК
2*(R К+R E)
Область отсечки
Рис. 10.Выходные ВАХ транзистора
Оценим амплитуду входного сигнала практическим способом с
помощью следующей схемы :
Рис. 11. Схема для оценки входного сигнала
Проведем анализ Фурье.
-18-
Рис.12. Анализ Фурье при заданных параметрах входного сигнала
Рис. 13.Анализ искажений
На осциллографе видно, что при амплитуде входного сигнала
eg =23.31 μV в схеме не возникают нелинейные искажения.
Определим, при какой амплитуде возникают искажения в схеме.
Для этого в программе EWB 5.12 выберем Analysis->Parameter
Sweep. Затем в окне задаем диапазон значений амплитуды. В
результате получаем следующее изображение:
-19-
Рис. 14.Диапазон значений амплитуды
Искажений нет при eg=1 μV ÷0.04V, но при амплитуде >0.04V
появятся искажения.
6. РАСЧЕТ ЕМКОСТИ КОНДЕНСАТОРОВ. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ
ВЕРХНЕЙ ГРАНИЦЫ ПОЛОСЫ ПРОПУСКАНИЯ УСИЛИТЕЛЯ
На основе сведений о нижней граничной частоте (Fн) полосы
пропускания усилителя с учетом данных о сопротивлениях нагрузки
(Rн) и источника сигнала (Rг) определить емкости разделительных
(Ср1 и Ср2)
и блокировочного (Сбл) конденсаторов.
Спрогнозировать верхнюю граничную частоту (Fв) полосы
пропускания усилителя.
Найдем
емкости
разделительных
конденсаторов
и
блокировочного конденсатора на основе сведений о нижней частоте.
τн
1
1
0.1592 * 10 3
2* π * f H
2 * 3.14 * 1000
н _p1 = н_p2 = н_е
1
1
1
1
1
3
τн
τн р1 τн р 2
τне
τне
τ н ре
н_p1 = н_p2 = н е = 3*н = 0.4776*10-3 c
c
-20Найдем емкости разделительных конденсаторов:
Cp1*(Rg + RВХ) = н_p1
τ нр1
0.4776 * 10
C p1
0.07009 * 10 6 Φ
(Rg RВХ )
5000 1814
3
Cp2*(RВХ + RH) = н_p2
τ нр1
0.4776 * 10
0.07332 * 10 6 Φ
(RВЫХ RН )
4700 1814
3
C p1
Найдем емкость блокировочного конденсатора Сбл (Cbl):
1
1
1
1
20.1556 * 10 6 Φ
Cbl τ нe *
0
.
4776
*
10
*
r
R
40
2000
R
1000 13
gl
E re b
181
β 1
3
Rg
2
5000 2
Rg l
2
(RВ Rg ) 5000 7500
КОм
Оценим поведение схемы на высокой частоте.
Найдем ёмкость эмиттерного перехода транзистора СBЕ с
помощью частоты fT взятой из справочника.
fT = 108 Гц
fT
10 8
fβ
0.5556 * 106 Гц
β
180
1
1
τβ
0.2865 * 10 7
6
2 * π * f β 2 * 3.14 * 0.5556 * 10
τα
τβ
β 1
0.2865 * 10 7
1.5827 * 10 9
181
с
с
f = = 1.5827*10-9 c
τR
τf
β
1.5827 * 10 9
8.7442 * 10 12
181
с
τ α * I E 1.5827 * 10 9 * 1.921* 10 -3
C BЕ
121.6147 * 10 12
ψТ
0.025
Найдем коллекторную ёмкость транзистора
транзистора на коллекторном переходе СК0.
В справочнике дана емкость:
СК
и
Φ
емкость
-21CKd =2*10-12 Ф
Uсмещения = 5 B
C Кd C K 0 3
где C К0
ψK
,
ψ K U смещения
C Kd
2 * 10 12
11.71* 10 12 Φ
ψK
0.025
3
3
0.025 5
ψ K U смещения
Uсмеш1 = 3 B
C К C K 0 3
ψK
0.025
11.72 * 10 12 3
2.3695 * 10 12 Φ
ψ K U смещения 1
0.025 3
Оценим верхнюю частоту пропускания:
R * RH
RK * RH
τ B G * τ β C K * ( β 1 ) * K
0.566 *
CH *
RK RH
RK RH
4700 * 2000
4700 * 2000
* 28.65 * 10 9 2.3695 * 10 12 * 181*
200 * 10 12 *
6.3738 * 10 7 с
4700 2000
4700 2000
Rg * RB
5000 * 7500
rb rЕ
40 13
R
R
B
5000 7500
где G g
0.566
5000 * 7500
Rg * RB
2393
Rвх.тр
5000 7500
R
R
B
g
Найдем среднюю частоту:
fB
1
1
249701
2* π * τВ
2 * 3.14 * 6.3738 * 10 7
Гц
Найдем верхнюю граничную частоту полосы пропускания
усилителя:
f0
fВ * fН
249701* 1000 15801
Гц
-22В состав параметров транзистора надо включить следующие
значения:
7. МОДЕЛИРОВАНИЕ СХЕМЫ НА ПЕРЕМЕННОМ ТОКЕ
Промоделировать работу схемы на переменном токе и построить
АЧХ и ФЧХ усилителя, по которым определить граничные частоты
полосы пропускания усилителя. Определить также на основе
моделирования с использованием зависимого источника сигнала
входное (Rвх) и выходное (Rвых) сопротивления усилителя на
средней частоте.
Рис. 15. Моделирование схемы усилителя на переменном токе.
Рис. 16. АЧХ и ФЧХ усилителя.
-23Сравним
данные,
полученные
теоретическим
путем
практическим. Сравнительный анализ проведем в таблице.
Параметр
Теоретические
значения
Практические
значения
Относительная
погрешность
(%)
fH
fВ
1000 Гц
249.701 КГц
720.781 Гц
239.267 КГц
27.92
4.18
и
Определим экспериментально входное сопротивление (Rвх) .
Рис. 17. Схема для определения входного сопротивления усилителя
Рис. 18. Показания построителя АЧХ
Построитель АЧХ показывает, что входное сопротивление
усилительного каскада:
RВХ =1.75 КОм
-24-
Рис. 19. Схема для определения выходного сопротивления усилителя
Рис. 20. Показания построителя АЧХ
Построитель АЧХ показывает, что выходное сопротивление
усилительного каскада:
RВЫХ =4.69 Ком
Сравним
данные,
полученные
теоретическим
путем
и
практическим. Сравнительный анализ проведем в таблице. Как
видно практические и теоретические данные различаются
достаточно мало.
Параметр
Теоретически
е значения
Практические
значения
Относительная
погрешность
(%)
RВХ
RВЫХ
1.814 КГц
4.7 КГц
1.75 КГц
4.69 КГц
3.53
0.21
-258. РЕАКЦИЯ УСИЛИТЕЛЯ НА ИМПУЛЬСНЫЙ СИГНАЛ
Предсказать аналитически и исследовать с помощью
моделирования реакцию усилителя на импульсный сигнал малой
величины.
Длительность фронта теоретически:
τ ф 2.2 * τ B 2.2 * 6.3738 10 7 1.4022 10 6 c
Найдем длительность фронта практически:
Рис. 21.Схема работы усилителя на импульсном сигнале.
τф
Рис. 22. Определение длительности фронта ф
-26Длительность фронта практически:
τ ф 1.5202 10 6 c
Определим амплитуду входного импульса
eВХ = 0.3*eg.max = 0.3*46.63*10-6 = 13.989 B
Рис. 23.Выходной сигнал
Определим длительность импульса теоретически:
tН=2.2*к=2.2* 10*106=2.2*10-5 с
Определим длительность импульса практически:
tН= 3 / fв = 3/249701=1.201 10-5 c
Определим относительный спад плоской вершины теоретически:
р=U/Um=tu/p=tu/(СР2*(RK+RН))=3.164*10-5/(0.068*10-6 *
*(4700+2000))=0.06945
T=1/f0=1/15801=6.329*10-5 Гцtu =1/2*T=3.1645*10-5 Гц-
Определим относительный спад плоской вершины практически:
р=U/Um=100.2202*10-6/1.4032*10-3=0.07142-
Сравним
данные,
практическим.
Параметр
ф
р
полученные
Теоретически
е значения
1.4022с
0.06945
теоретическим
Практические
значения
1.5202с
0.07142
путем
Относительная
погрешность
(%)
7.76
2.76
и
-279. ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ
ПЕРЕМЕННОМ ТОКЕ
МОДЕЛИРОВАНИЯ
НА
Провести сравнение аналитических прогнозов поведения
усилителя на переменном токе с результатами моделирования и
сделать необходимые выводы.
При моделировании схемы на переменном токе нами были
получены следующие результаты:
В пункте 7 вначале мы получили граничные частоты полосы
пропускания усилителя. Причем граничные частоты, полученные в
результате эксперимента, оказались достаточно близкими к
теоретически полученным значениям. Значение для верхней
граничной частоты практически совпадает с расчетным значением,
так как погрешность составляет всего лишь 4.18%. Нижняя
граничная частота была рассчитана с погрешностью около 27.92%,
возможно это связано с недостатками приближенного метода
вычисления.
Затем с помощью моделирования схемы мы получили значения
входного и выходного сопротивлений, которые с небольшой
погрешностью совпали с теоретически полученными значениями.
Входное сопротивление, полученное экспериментальным путем,
отличается от расчетного на 3.53%, а выходное сопротивление
отличается от своего расчетного значения на 0.21%.
При моделировании реакции на импульсный сигнал небольшой
величины было получено значение длительности фронта, близкое к
расчетному. Разница составляет 7.76%.
ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ
В данной курсовой работе была исследована работа
усилительного каскада, построенного по схеме с общим эмиттером.
Этот
каскад
позволяет
получить
достаточно
высокий
коэффициент усиления по напряжению, по мощности и имеет
сравнительно неширокий диапазон частот.
Также были рассчитаны основные параметры усилительного
каскада. Моделирование показало, что применяемый метод расчета
имеет высокую точность.
На основе сведений о нижней граничной частоте полосы
пропускания усилителя с учетом данных о сопротивлениях нагрузки
и источника сигнала были рассчитаны емкости разделительных и
блокировочного конденсатора.
Была спрогнозирована верхняя граничная частота полосы
пропускания усилителя, которая достаточно близко совпала с
результатами моделирования.
Таким образом, применяемые нами методы расчета дают вполне
точные результаты и могут с успехом применяться на практике.
-28-
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Горюнова Н.Н. Полупроводниковые приборы: транзисторы.
Справочник. Издание второе. М.:Энергоатомиздат.1985;
2. Пасынков В.В. Полупроводниковые приборы. М.:Высшая
школа. 1987;
3. Карлащук В.И. Электронная лаборатория на IBM PC. Издание
второе. М.:Солон -Р. 2001;
4. Каганов В.И. Транзисторные
второе. М.:Энергия.1976;
радиопередатчики.
Издание
5. Черников А.С. Лекции по дисциплине «микроэлектроника и
схемотехника».М.:МВТУ им. Н.Э.Баумана.2003;
6. Ковалевская Н.Г. Лабораторные работы по микроэлектроники.
Методические указания. М.:МВТУ им. Н.Э.Баумана.1988.
-29-
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. ПАРАМЕТРЫ ТРАНЗИСТОРА КТ316Д
Справочные параметры транзистора
Название
Тип
Способ изготовления
Статический
коэффициент передачи
тока в схеме с ОЭ
Модуль коэффициента
передачи тока на
высокой частоте при
UK=5 B, IЭ=10 мА
Емкость коллекторного
перехода при UКБ=5 В
КТ316Д
n-p-n, кремниевый
эпитаксиально-планерный
60..300
f=100 МГц
< 3 пФ
Предельные эксплутационное данные:
Постоянное напряжение
коллектор- база
Постоянное напряжение
коллектор-эмиттер при
Rбе=3 кОМ база
Постоянное напряжение
эмиттер-база
Постоянный ток
коллектора и эмиттера
Постоянный ток
коллектора и эмиттера
в режиме насыщения
Постоянная
рассеиваемая мощность
коллектра
При Т 90С
При Т=+125С
Температура p-n
перехода
Температура
окружающей среды
10 В
10 В
4В
30 мА
50 мА
150 мВт
60 мВт
+150С
-60С…+125С
-30-
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. ПАРАМЕТРЫ ТРАНЗИСТОРА И ВХОДНЫХ
СИГНАЛОВ.
- Обратный ток коллекторного перехода (п1);
-Коэффициент усиления тока в схеме ОЭ (п.1);
-Коэффициент усиления тока в схеме с ОЭ при
инверсном включении транзистора;
-Объемное сопротивление базы, Ом (п.2);
-Объемное сопротивление эмиттера, Ом (п.2);
-Объемное сопротивление коллектора, Ом (п.2);
-Емкость коллектор- подложка, Ф;
-Емкость эмиттерного перехода при 3 В;
-Емкость коллекторного перехода при 3 В;.
-Контактная разность потенциалов В-Э,
транзистор кремниевый.
-Контактная разность потенциалов В-К,
транзистор кремниевый;
-Время переноса заряда через базу, с;
-Время переноса заряда через базу в инверсном
включении, с;
-Коэффициент плавности эмиттерного
перехода;
-Коэффициент плавности коллекторного
перехода;
-Напряжение Эрли , близкое к параметру UКMAX,В;
-Обратный ток эмиттерного перехода, А;
-Ток начала спада усиления по току, близкое к
параметру Ikmax;
-Коэффициент неидеальности эмиттерного
перехода ;
-Коэффициент неидеальности в нормальном
режиме;
-Коэффициент неидеальности в инверсном
режиме;
-Напряжение Эрли в инверсном режиме;
-Ток начала спада коэффициента усиления тока
в инверсном режиме;
-Обратный ток перехода В-К;
-Коэффициент неидеальности коллекторного
перехода;
-Ток базы, при котором сопротивление базы
уменьшается на 50% от разницы RB-RBM, А;
-Минимальное сопротивление базы;
-Коэффициент зависимости времени TF
переноса зарядов через базу от напряжения
коллектор-база;
-Напряжение коллектор-база, при котором
начинает сказываться его влияние на TF, В;.
-Ток коллектора, при котором начинается
сказываться его влияние на TF, А;
-31-
-Дополнительный фазовый сдвиг на
граничной частоте транзистора;
-Коэффициент. расщепления емкости
база-коллектор;
-Контактная разность потенциалов
перехода коллектор-подложка;
-Коэффициент плавности перехода
коллектор-подложка;
-Температурный коэффициент
усиления тока в нормальном и
инверсном режимах;
-Ширина запрещенной зоны;
-Температурный коэффициент тока
насыщения;
-Коэффициент фликкер – шума;
-Показатель степени в формуле для
фликкер – шума;
-Коэффициент нелинейности барьерной
емкости прямо смещенных переходов;
-Температура транзистора.
