Исследование характеристик усилительного каскада на биполярном транзисторе

Домашнее задание № 2

по курсу «Электроника»

Расчёт параметров модели биполярного транзистора

Вариант № 11

Выполнила студентка группы РТ1-31 Филиппова Ж.В.     

Проверил Галев А.В.                                                              

Москва 2011

Расчёт параметров модели заданного биполярного транзистора

Исходные параметры модели транзистора KT315D: Is = 0.1F, Xti = 3, Eg = 1.11, Vaf = 0, Bf = 100, Ne = 1.5, Ise = 0, Ikf = 0, Xtb = 0, Br = 1, Nc = 2, Isc = 0, Ikr = 0, Rb = 0, Rc = 0, Cje = 0, Mjc = 330M, Vjc = 750M, Fc = 500M, Cje = 0, Mje =330M , Vje = 750M, Tr = 0, Tf = 0, Itf = 0, Vtf = 0, Xtf = 0.

Из справочника [1] определяем максимальное значение коллекторного тока 21мА

Схема для исследования выходных характеристик биполярного транзистора

Окно задания параметров построения выходных характеристик

Семейство выходных характеристик

Схема для исследования входных характеристик биполярного транзистора

Окно задания параметров построения входных характеристик

Семейство выходных характеристик

Определение тока коллектора и напряжения база-эмиттер в режиме насыщения

Таблица 1.

V_ce – напряжение коллектор-эмиттер;

I_{c нас} – ток насыщения коллектора;

I_B – ток базы;

I_BE – напряжение база-эмиттер.

Расчёт выходной проводимости

Таблица 2.

I_c – ток коллектора;

V_ce – напряжение коллектор-эмиттер.

h_oc = ∆I_c/∆V_ce = 0.0002/1 = 0.0002

Расчёт статического коэффициента передачи по току

(при V_ce = 5 В)

Таблица 3.

Определение напряжения насыщения V_ce

(при заданном I_c/I_b = 10)

Таблица 4.

Расчёт параметров модели биполярного транзистора в программе Model

Окно расчётов 1

Окно расчётов 2

Окно расчётов 3

Окно расчётов 4

Схема для исследования выходных характеристик биполярного транзистора (совмещение характеристик)

R₁, R₂, R₃, R₄ – резисторы для уменьшения влияния транзисторов друг на друга;

R₅ – внутреннее сопротивление источника.

Параметры модели транзистора (KT315D_mew), полученные в программе Model.

Is = 0.075F, Xti = 3, Eg = 1.11, Vaf = 0, Bf = 100, Ne = 1.5, Ise = 0, Ikf = 0, Xtb = 0, Br = 1, Nc = 2, Isc = 0, Ikr = 0, Rb = 0, Rc = 0.5, Cje = 0, Mjc = 330M, Vjc = 750M, Fc = 500M, Cje = 0, Mje =330M , Vje = 750M, Tr = 0, Tf = 0, Itf = 0, Vtf = 0, Xtf = 0.

Семейство выходных характеристик транзисторов

Рассчитаем относительную погрешность:

ơ = (I_c^синий – I_с^{красный}) / I_c^синий ∙100 = (22.836 – 17.164)/22.836 ∙ 100 = 24 %

Поскольку погрешность не должна превышать 10 %, то изменим значение Is = 0.075F → 0.09F (для KT315D_mew).

Определяем относительную погрешность:

ơ = (I_c^синий – I_с^{красный}) / I_c^синий ∙100 = (21.045 – 19.955)/21.045 ∙ 100 = 5%

Эта погрешность удовлетворяет заданию.

Параметры модели транзистора KT315D_mew скорректированные:

Is = 0.09F, Xti = 3, Eg = 1.11, Vaf = 0, Bf = 100, Ne = 1.5, Ise = 0, Ikf = 0, Xtb = 0, Br = 1, Nc = 2, Isc = 0, Ikr = 0, Rb = 0, Rc = 0.5, Cje = 0, Mjc = 330M, Vjc = 750M, Fc = 500M, Cje = 0, Mje =330M , Vje = 750M, Tr = 0, Tf = 0, Itf = 0, Vtf = 0, Xtf = 0.

Параметры модели транзистора KT315D исходные:

Is = 0.1F, Xti = 3, Eg = 1.11, Vaf = 0, Bf = 100, Ne = 1.5, Ise = 0, Ikf = 0, Xtb = 0, Br = 1, Nc = 2, Isc = 0, Ikr = 0, Rb = 0, Rc = 0, Cje = 0, Mjc = 330M, Vjc = 750M, Fc = 500M, Cje = 0, Mje =330M , Vje = 750M, Tr = 0, Tf = 0, Itf = 0, Vtf = 0, Xtf = 0.

Исследование характеристик усилительного каскада на биполярном транзисторе

Принципиальная схема

Диалоговое окно задания параметров:

АЧХ усилителя

Временные диаграммы напряжений

На входе

На выходе

Спектр сигнала

На входе

На выходе

Видно, что выходной сигнал сильно искажён по сравнению с входным , поэтому проведём многовариантный анализ по R5, чтобы подобрать оптимальное смещение на базе транзистора.

Окно задания параметров имеет следующий вид:

Временные диаграммы напряжений:

На входе:

На выходе:

Спектр сигнала

На входе:

На выходе:

Установим значение R5 = 10К, чтобы уменьшить нелинейные искажения

Временные диаграммы напряжений:

На входе:

На выходе:

Спектр сигнала:

На входе:

На выходе:

Таким образом, при R5 = 10К выходной сигнал почти без искажений при коэффициенте усиления по напряжению

К = U_{m вых} / U_{m вх} = 0.76В / 0.1В = 7,6В

Проведём многовариантный анализ по С2 (from 0.5 to 6), при этом АЧХ изменяется в области нижних частот.

АЧХ

ФЧХ

Проведём многовариантный анализ по С4 (from 100P to 1000P), при этом АЧХ изменяется в области высоких частот.

АЧХ

ФЧХ

Список использованных источников

1. Полупроводниковые приборы: Транзисторы. Справочник / В.Л. Аронов, А.В. Баюков, А.А. Зайцев и др. Под общ. ред. Н.Н. Горюнова. – 2-е изд., перераб. М.: Энергопромиздат, 1985 – 904 с., ил.

2. Разевиг В.Д. Схемотехническое моделирование с помощью Micro-Cap 7. – М.: Горячая линия - Телеком, 2003. – 368с., ил.