Министерство образования Российской Федерации

ГОУ ВПО Уральский государственный технический университет - УПИ

Электроника

Методические указания

к выполнению курсовой работы для студентов

всех форм обучения направления 654200 – Радиотехника

по специальностям: 200700 – Радиотехника;

201600 – Радиоэлектронные системы

Екатеринбург 2002

УДК 621.381

Составители В.И. Елфимов, Н.С. Устыленко

Научный редактор доц., канд. техн. наук А.А. Калмыков

ЭЛЕКТРОНИКА: Методические указания к выполнению курсовой работы/ В.И. Елфимов, Н.С. Устыленко. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ,

2002. 37 с.

Методические указания предназначены для студентов специальностей 200700 – Радиотехника, 201600 – Радиоэлектронные системы. В указаниях определено содержание курсовой работы, даны пояснения по выбору варианта задания, приведен библиографический список для выполнения расчетов, входящих в содержательную часть пояснительной записки. Приводятся рекомендации по выполнению курсовой работы, порядок ее оформления и защиты.

Библиогр.: 25 назв. Табл.3. Рис. 10. Прил.3.

Подготовлено кафедрой «Радиоэлектроника информационных систем».

Ó ГОУ ВПО Уральский государственный
технический университет-УПИ, 2002

1. Цель курсовой работы

Цель курсовой работы состоит в закреплении знаний, полученных при изучении дисциплины «Электроника», в получении опыта разработки и расчета основных характеристик усилительных каскадов, а также в активизации самостоятельной учебной работы студентов, в развитии навыков выполнения информационного поиска, пользования справочной литературой, определения параметров эквивалентных схем биполярных и полевых транзисторов, в создании разностороннего представления о конкретных электронных элементах.

В ходе выполнения курсовой работы необходимо для заданного типа транзистора выписать паспортные параметры и статические характеристики, в соответствии со схемой включения и величинами элементов схемы усилительного каскада выбрать положение режима покоя, для которого следует рассчитать параметры эквивалентных схем транзистора и малосигнальные параметры транзистора, графоаналитическим методом определить основные параметры усилительного каскада.

2. Задание на курсовую работу

Номер задания на курсовую работу состоит из трех цифр: N1, N2, N3, равных соответственно последним трем цифрам номера зачетной книжки (N1 – последняя цифра, N2 – предпоследняя цифра, N3 – третья цифра от конца номера зачетной книжки), где N1 – определяет тип активного элемента, его схему включения (табл.1);

Таблица 1

N2 – задает конкретный серийно выпускаемый активный элемент и значение напряжения источника питания усилительного каскада (табл.2);

Таблица 2

N3 указывает на значения резисторов в выходной цепи активного элемента (коллектора или стока) и нагрузки, которая подключается к усилительному каскаду через разделительный конденсатор (выходная цепь усилительного каскада) (табл.3). Все усилительные каскады работают в линейном режиме от активного источника сигнала

Таблица 3

Примечание . Если в имеющейся справочной литературе студент не смог найти необходимые для курсовой работы характеристики транзистора, допускается замена транзистора на аналогичный по типу и мощности (по согласованию с преподавателем).

3. Содержание курсовой работы

1. Определить номер задания на курсовую работу и исходные данные: тип транзистора, величину напряжения питания Е_П , сопротивления резисторов коллекторной (стоковой) цепи R_К (R_С ) и нагрузки R_Н . Схема включения транзистора - с общим эмиттером (истоком) и резистивно-емкостной связью с нагрузкой. Выбрать схему цепи питания и стабилизации режима работы транзистора, обосновать свой выбор.

2. Найти и выписать справочные данные: описание транзистора, электрические параметры, предельные эксплуатационные данные, семейства входных и выходных характеристик, зависимости параметров транзистора от режимов работы и рабочей частоты.

3. Построить нагрузочную прямую по постоянному току (с пояснением выбранного способа построения нагрузочной прямой). Если для заданного значения R_К (R_С ) не удается использовать весь динамический диапазон рабочего режима транзистора, необходимо изменить значение R_К (R_С ) (по согласованию с преподавателем) таким образом, чтобы полнее использовать статические выходные характеристики заданного транзистора. При этом необходимо изменить и значение резистора нагрузки, выбрать его равным
R_Н » 2R_К (R_С ). Номинал резисторов должен соответствовать стандартному ряду.

4. Выбрать положение рабочей точки (режим покоя), определить величины элементов цепи питания и стабилизации рабочего режима.

5. Определить малосигнальные параметры транзистора в окрестностях рабочей точки.

6. Определить величины элементов эквивалентной схемы транзистора.

7. Определить граничные и предельные частоты транзистора.

8. Для биполярного транзистора записать выражения для модулей ½Y₂₁ (w)½, ½Y₁₁ (w)½ и построить графики этих зависимостей от частоты.

9. Для полевого транзистора записать выражения для модулей Y-параметров и построить графики данных зависимостей от частоты.

10. Вычислить сопротивление нагрузки транзистора по переменному току и построить нагрузочную прямую по переменному току, сохраняя выбранное положение рабочей точки.

11. Построить сквозную характеристику транзистора и графически определить наибольшую величину амплитуды входного сигнала U_{вх. н} .

12. Графически определить динамические параметры усилительного каскада для двух величин амплитуды входного сигнала: U_ВХ1 =U_вх.н , U_вх2 =U_вх.н /2; и двух значений сопротивления нагрузки: R_Н1 =¥; R_Н2 =R_Н (в соответствии с техническим заданием на курсовую работу). Рассчитать аналитически динамические параметры усилительного каскада, сравнить их с результатами расчетов графоаналитическим методом.

13. Оформить пояснительную записку в соответствии с требованиями ГОСТа к технической документации.

14. Оформить чертежи и рисунки в соответствии с требованиями ЕСКД на отдельных листах и приложить их к пояснительной записке. Привести электрическую принципиальную схему усилительного каскада, перечень элементов.

4. Методические указания к выполнению курсовой работы

Проектирование согласно ЕСКД включает в себя составление технического задания (ТЗ), технического предложения, эскизного и технического проектов. При учебном проектировании основные характеристики технического задания выдаются преподавателем. С целью развития самостоятельности студентов эти характеристики задаются не в полном объеме, и первым этапом выполнения курсовой работы является анализ технического задания и его уточнение. Уточнение ТЗ проводится в соответствии с интересами студента и его наклонностями, но таким образом, чтобы они не вступали в противоречие с пунктами ТЗ. При этом в качестве источников могут быть использованы различные нормативные материалы, ГОСТы, каталоги, РТМ, инструкции, описания, технические условия выпускаемых промышленностью приборов, справочная литература, статьи, патенты. В результате уточнения ТЗ могут устанавливаться требования к вспомогательным устройствам, механические и климатические требования, эксплуатационные требования, требования по надежности и т.п.

На стадии технического предложения выполняют анализ ТЗ, осуществляют подбор необходимой литературы, приводят и сравнивают различные варианты структурных схем усилительных каскадов. При эскизном и техническом проектировании обосновывается выбранная структурная схема каскада. На этом этапе структурная схема может уточняться, видоизменяться по сравнению со стадией технического предложения. Обоснование проводится путем сопоставления различных вариантов и их оценки с точки зрения технических и экономических требований. На этапе технического проектирования студент должен выполнить расчет по определению параметров активного элемента и всего усилительного каскада.

Следующий раздел проектирования заключается в разработке принципиальной схемы усилительного каскада. На этом этапе проводится электрический расчет схемы с обоснованием выбранной элементной базы. Составляется перечень элементов к принципиальной схеме.

Результаты выполнения курсовой работы оформляются в виде пояснительной записки объемом 15 - 20 листов формата А4 (210 х 297). Титульный лист следует оформить в соответствии с прил. 1. Пояснительная записка должна быть написана в сжатой форме, с четкими формулировками и определениями. Применяемые термины должны соответствовать стандартным или являться общепринятыми в технической литературе. В библиографическом списке должны быть указаны источники любой вводимой в курсовую работу информации (стандарты, РТМ, справочники и т.д.) в последовательности появления в тексте библиографических ссылок. Все графики вычерчиваются на миллиметровой бумаге.

При проведении расчетов следует приводить общие и окончательные расчетные формулы, выполнять в явном виде подстановку числовых значений, указывать размерности. Решения должны сопровождаться краткими пояснениями.

В записке необходимо привести принципиальную схему, выполненную в соответствии с требованиями ЕСКД на белой или миллиметровой бумаге стандартного размера. Перечень элементов схемы рекомендуется выполнять на отдельном листе в соответствии с ГОСТом (прил. 2).

Защита курсовой работы является заключительным этапом учебного проектирования и проводится перед комиссией. В ходе защиты студент кратко докладывает о выполнении ТЗ, отмечая наиболее важные решения в курсовой работе, отвечает на поставленные членами комиссии вопросы.

Рекомендуется следующий порядок выполнения работы

1. Возьмите 2 - 3 справочника по транзисторам (см. библиографический список) разных лет издания (в более ранних найдете статические характеристики, в поздних - полнее представлены параметры и зависимости параметров от режима работы транзистора). Выпишите электрические параметры транзистора (с указанием условий их измерения). На миллиметровую бумагу перенесите семейства входных и выходных характеристик (при необходимости для более удобного графического определения параметров вблизи рабочей точки измените масштабы по осям). Перерисуйте также зависимости граничной частоты, постоянной времени обратной связи от режима (при их наличии). Не забудьте указать источники информации в библиографическом списке пояснительной записки и ссылкой в тексте.

2. На семействе выходных характеристик постройте нагрузочную прямую по постоянному току согласно ее уравнению:

а) для схемы включения биполярного транзистора (рис. 1, 2, С_С – разделительный конденсатор)

и нагрузочная прямая строится по двум точкам: при I_К = 0, U_КЭ = Е_П и при U_КЭ = 0, I_К = Е_П /R_К .

Рис. 1. Схема включения биполярного транзистора с общим эмиттером и фиксированным током базы

Рис. 2. Схема включения биполярного транзистора с общим эмиттером и фиксированным напряжением база-эмиттер

Для схемы включения биполярного транзистора, представленной на
рис. 3, предварительная нагрузочная прямая определяется уравнением

и строится по двум точкам: при I_К = 0, U_КЭ = Е_П и при U_КЭ = 0, I_К = Е_П /R_К . После выбора величины резистора R_Э положение нагрузочной прямой уточняется
(поясняется ниже).

Рис. 3. Схема включения биполярного транзистора с общим эмиттером и эмиттерной стабилизацией

б) для схем включения полевого транзистора, представленных на
рис. 4, 5, нагрузочная прямая определяется уравнением

и строится по двум точкам: при I_С = 0, U_СИ = Е_П и при U_СИ = 0, I_С = Е_П /R_С .

В случае выбора схемы с автосмещением, т.е. схемы, в которой напряжение смещения обеспечивается за счет резистора в цепи истока (рис. 6, 7), уравнение нагрузочной прямой преобразуется к виду

.

Строится нагрузочная прямая по двум точкам: при I_С = 0, U_СИ = Е_П и при U_СИ = 0, I_С = Е_П /(R_С +R_И ). Но сначала нагрузочная прямая строится в соответ-ствии с уравнением I_C = (E_П -U_СИ )/R_С для оценки ориентировочного значения тока стока I_С в рабочем режиме. После определения величины R_И положение нагрузочной прямой уточняется (пояснения приведены ниже).

Рис. 4. Схема включения МДП - транзистора с встроенным каналом с общим истоком

Рис. 5. Схема включения МДП - транзистора с индуцированным каналом с общим истоком

Рис. 6. Схема включения полевого транзистора с управляющим p – n переходом с общим истоком и автоматическим смещением

Рис. 7. Схема включения полевого транзистора с управляющим p – n переходом с общим истоком, автоматическим смещением и делителем напряжения

3. Для обеспечения возможности контроля и корректировки вычислений записи всех расчетов проводите по образцу - аналогу:

МОм.

4. Выберите на нагрузочной прямой режим покоя (рабочую точку). Зафиксируйте параметры режима покоя. Кроме обеспечения заданного смещения, необходимо принимать специальные меры по стабилизации исходной рабочей точки. Цель стабилизации – предотвращение сильных нелинейных искажений и тепловой неустойчивости транзисторов (особенно биполярных), а также уменьшение нестабильности параметров усилительного каскада. Схема стабилизации положения рабочей точки выбирается самостоятельно, а в пояснительной записке приводится обоснование выбора положения рабочей точки и схемы ее стабилизации:

а) для биполярного транзистора рабочую точку выберите примерно посередине между режимами отсечки и насыщения в точке пересечения нагрузочной прямой с ближайшей выходной характеристикой. При отсутствии таковой - достройте дополнительную(ые) характеристику(и) с учетом закономерностей хода характеристик, приведенных в справочнике. Зафиксируйте параметры режима покоя – I_Б0 , U_БЭ0 , I_0К , U_КЭ0 . Этот режим работы транзистора задается или током базы I_Б0 , или напряжением смещения U_БЭ0 .

При использовании схемы стабилизации с фиксированным током базы (см. рис.1) в цепь базы включают резистор R_Б большого номинала, в этом случае ток базы будет достаточно стабильным: . Таким образом, исходя из необходимого тока смещения можно определить величину резистора смещения:

.

Величину резистора R_Б рекомендуется выбирать из стандартного ряда номиналов, как это поясняется в прил. 3.

Для получения фиксированного напряжения смещения на базе транзистора применяется резисторный делитель напряжения (см. рис.2), а конкретные значения величин R1 и R2 выбираются исходя из необходимой величины . Эта схема называется схемой стабилизации с фиксированным напряжением смещения базы. Выберите ток делителя I_Д , протекающий через R2 , из условия I_Д = (10 - 20) I_Б0 и определите величины сопротивлений резисторов R1, R2:

, .

Порядок выбора значений резисторов и их допустимой мощности рассеяния изложен в прил. 3.

Для того чтобы в цепи базы не появился дополнительный постоянный ток от источника сигнала (а это может привести к искажению величины начального тока смещения), в цепи базы устанавливают разделительный конденсатор С_С (номинал С_С в курсовой работе не рассчитывается).

В схеме эмиттерной стабилизации рабочей точки (см. рис. 3) используется отрицательная обратная связь по постоянному току. Величина резистора R_Э , задающего обратную связь, определяется из условия
R_Э = (0,1-0,3)Е_П /I_{0 Э} .

Значение тока эмиттера I_0Э @ I_0К соответствует рабочему режиму, который выбирается по предварительной нагрузочной прямой, построенной для схемы рис. 3. После определения величины резистора R_Э по методике прил. 3, для схемы рис.3 уточняется положение нагрузочной прямой. В этом случае нагрузочная прямая определяется уравнением

и строится нагрузочная прямая по двум точкам: при I_К = 0, U_КЭ = Е_П и при
U_КЭ = 0, I_К = E_П /(R_К +R_Э ). В результате коррекции нагрузочной прямой с учетом резистора R_Э уточняется положение рабочей точки. Затем выберите ток делителя I_Д , протекающий через R2, из условия I_Д = (3-10)I_Б0 и определите величины резисторов R1, R2 по следующим соотношениям:

, ,

, ;

б) для полевого транзистора рабочую точку выберите примерно посередине рабочего участка (участка насыщения) в точке пересечения нагрузочной прямой с ближайшей выходной характеристикой. При отсутствии таковой - достройте дополнительную(ые) характеристику(и) с учетом закономерностей хода характеристик, приведенных в справочнике. Зафиксируйте параметры режима покоя: U_ЗИ0 , I_С0 , U_СИ0 . В полевых транзисторах смещение обеспечивается или за счет падения напряжения на резисторе, включенном в цепь истока, или за счет подачи на затвор дополнительного напряжения.

У полевых транзисторов с управляющим p–n переходом (см. рис.6,7) и с встроенным каналом смещение может быть обеспечено за счет сопротивления в цепи истока. Поскольку ток затвора полевых транзисторов достаточно мал и мало падение напряжения на резисторе R2, то можно считать

.

Стабилизация тока осуществляется за счет последовательной отрицательной обратной связи, которая вводится с помощью резистора R_И . Нежелательная обратная связь на переменном токе устраняется путем шунтирования резистора R_И конденсатором большой емкости С_И (номинал С_И не рассчитывается). Такие схемы (см. рис.6, 7) называются схемами истоковой стабилизации или автоматического смещения.

Для того чтобы обеспечить работу транзистора в заданном режиме, при выборе схемы истоковой стабилизации (см. рис.6) определите величину резистора в цепи истока R_И :

,

в случае необходимости иметь повышенное входное сопротивление усилительного каскада резистор R2 берут порядка 1 – 10 МОм.

Значение тока стока I_СО в рабочем режиме выбирается по предварительной нагрузочной прямой для схемы рис. 6, построение которой поясняется в п. 2б. В результате определения значения резистора R_И (см.
прил. 3) уточняется положение нагрузочной прямой на основании уравнения

,

построение которой поясняется в п. 2б настоящих методических указаний. Для уточненной нагрузочной прямой корректируется положение рабочей точки: U_ЗИ0 , I_С0 , U_СИ0 .

Для того чтобы обеспечить работу полевого транзистора с управляющим p-n переходом в заданном режиме, при выборе схемы стабилизации с автоматическим смещением и делителем напряжения (см. рис.7) необходимо выбрать величину резистора в цепи истока R_И : R_И = (0,1-0,3)Е_П /I_И0 , определить дополнительные параметры: токозадающую разность потенциалов U₀ , соотношение величин резисторов R1, R2 делителя:

,

, .

Величина резистора R2 выбирается из диапазона сотни кОм – единицы МОм (для обеспечения высокого входного сопротивления каскада), а величина резистора R1 – рассчитывается. Порядок выбора резисторов излагается в
прил. 3. Для схемы рис.7 уточняется положение нагрузочной прямой по методике, изложенной для схемы рис. 6.

Если необходимо зафиксировать положение рабочей точки для МДП – транзистора с встроенным каналом, можно использовать делитель напряжения (см. рис. 4), в этом случае определяют соотношение величин резисторов:

,

из которого вычисляют величину резистора R1, задавшись величиной R2 (сотни кОм – единицы МОм); можно использовать делитель напряжения и истоковую стабилизацию (подобно рис. 7), в этом случае расчет аналогичен приведенному выше для полевого транзистора с управляющим p-n переходом.

При использовании МДП – транзисторов с индуцированным каналом необходимо подавать на затвор напряжение смещения той же полярности, что и напряжение питания. Оно подается с помощью резистивного делителя R1, R2 и должно превышать пороговое напряжение, при котором образуется канал и начинается протекание тока стока (см. рис. 5). Расчет резисторов аналогичен приведенному выше для МДП – транзисторов с встроенным каналом.

5. Графически определите малосигнальные параметры транзистора в окрестностях рабочей точки:
а) Н-параметры для биполярного транзистора по семейству входных и выходных характеристик:

- входное сопротивление транзистора при коротком замыкании на выходе для переменной составляющей тока;

- коэффициент передачи по току при коротком замыкании на выходе для переменной составляющей тока;

- выходная проводимость транзистора при разомкнутом входе для переменной составляющей тока (холостой ход входной цепи);

для всех типов биполярных транзисторов независимо от положения рабочей точки принять - коэффициент обратной связи по напряжению при разомкнутом входе для переменной составляющей тока.

Для повышения точности расчетов приращения DI_К , DI_Б , DU_БЭ , DU_КЭ возьмите симметрично относительно рабочей точки транзистора в режиме покоя;

б) статические параметры полевого транзистора по семейству выходных (стоковых) характеристик:

- крутизна характеристики полевого транзистора;

- внутреннее сопротивление транзистора;

- статический коэффициент усиления.

Для повышения точности расчетов приращения DI_С, DU_ЗИ , DU_СИ возьмите симметрично относительно рабочей точки в режиме покоя.

6. Рассчитайте величины элементов эквивалентной схемы транзистора:
а) определите параметры эквивалентной схемы биполярного транзистора, которая представлена на рис. 8.

Рис. 8. Физическая малосигнальная высокочастотная эквивалентная схема биполярного транзистора (схема Джиаколетто)

Вычислите параметры схемы Джиаколетто, воспользовавшись следующими соотношениями:

- барьерная емкость коллекторного перехода;

- выходное сопротивление транзистора;

- сопротивление коллекторного перехода;

- сопротивление эмиттерного перехода

эмиттерному току;

- сопротивление эмиттерного перехода базовому току;

- распределенное сопротивление базы,

где t_ОС – постоянная времени обратной связи транзистора;

ориентировочное значение r_Б можно определить по формуле
r_Б @ Н_12Б /Н_22Б ;

- диффузионная емкость эмиттерного перехода,

где ¦_Т – граничная частота транзистора;

- собственная постоянная времени

транзистора;

- крутизна транзистора;

б) определите параметры эквивалентной схемы полевого транзистора, которая представлена на рис. 9.

Рис. 9. Эквивалентная схема полевого транзистора

На эквивалентной схеме рис. 9 введены обозначения:

С_СИ – емкость между стоком и истоком – выходная емкость (справочные данные);

С_ЗС – емкость между затвором и стоком – проходная емкость (справочные данные);

С_ЗК – емкость между затвором и каналом (справочные данные);

R_i – внутреннее сопротивление транзистора;

S – крутизна характеристики транзистора;

R_КАН – среднее сопротивление канала полевого транзистора, которое приближенно оценивается из соотношения R_КАН = r_К /4, где r_К – сопротивление канала в рабочей точке, определяемое по формуле r_К = U_СИ0 /I_С0 ;

U_СИ0 – напряжение сток-исток в рабочей точке,

I_С0 – ток стока в рабочей точке.

7. Определите граничные и предельные частоты транзистора:

а) выпишите из справочника для биполярного транзистора значения граничных и предельных частот, например, ¦_гр = ¦_Т , оцените граничную частоту из соотношения: ¦_Т = |Н_21Э | ¦_изм - граничная частота усиления транзистора по току в схеме с общим эмиттером, где |Н_21Э | - модуль коэффициента передачи по току на высоких частотах, ¦_изм - частота, на которой он измерен (справочные данные);

б) рассчитайте граничные и предельные частоты биполярного транзистора, воспользовавшись следующими соотношениями:

- предельная частота в схеме включения транзистора с общим эмиттером;

- предельная частота в схеме включения транзистора с общей базой;

- максимальная частота генерации;

- предельная частота транзистора по крутизне;

в) рассчитайте граничные и предельные частоты полевого транзистора, воспользовавшись следующими соотношениями:

¦_S = 1/(2p×R_КАН ×С_ЗК ),

где ¦_S – предельная частота проводимости прямой передачи полевого
транзистора – это частота, на которой ½S½ уменьшается в раз по сравнению со значением статической крутизны на нулевой частоте;

¦_ГР = S/(2p×С_СИ ),

где ¦_ГР – граничная частота усиления полевого транзистора – это частота, на которой модуль коэффициента усиления по напряжению равен единице,

S – статическая крутизна характеристики полевого транзистора на нулевой частоте.

8. Оцените частотные зависимости Y-параметров транзисторов:

а) определите частотные зависимости модулей ½Y₂₁ (w)½, ½Y₁₁ (w)½ биполярного транзистора, воспользовавшись соотношениями:

- проводимость прямой передачи, которую определяют при коротко замкнутом для переменной составляющей выходе транзистора;

- входная проводимость, которую определяют при короткозамкнутом для переменной составляющей выходе транзистора,

где w_b = 2p¦_b , w_S = 2p¦_S .

Постройте графики зависимостей ½Y₂₁ (w)½ и ½Y₁₁ (w)½, задаваясь значениями w (максимальное значение частоты должно быть
w ³ (10 – 100)×w_S ;

б) определите частотные зависимости системы Y-параметров полевого транзистора, используя следующие соотношения:

- входная проводимость, которую определяют при короткозамкнутом для переменной составляющей выходе транзистора;

- проводимость обратной передачи, которую определяют при короткозамкнутом для переменной составляющей входе транзистора;

- проводимость прямой передачи, которую определяют при короткозамкнутом для переменной составляющей выходе транзистора;

- выходная проводимость, которую определяют при короткозамкнутом для переменной составляющей входе транзистора.

В приведенных соотношениях приняты следующие обозначения:

R_КАН - среднее значение сопротивления канала полевого транзистора;

С_ЗК – емкость между затвором и каналом;

С_ЗС – емкость между затвором и стоком;

С_СИ – емкость между стоком и истоком;

R_i - внутреннее сопротивление полевого транзистора;

S – статическая крутизна характеристики полевого транзистора (при w = 0);

w_S = 2p¦_S – предельная частота проводимости прямой передачи.

При отсутствии некоторых справочных данных необходимо определить недостающие параметры косвенным образом.

В соответствии с выражениями для Y-параметров постройте их зависимости от частоты (максимальное значение частоты должно быть
w ³ (10-100)×w_S .

9. Определите сопротивление нагрузки транзистора по переменному току:

а) оцените значение сопротивления нагрузки биполярного транзистора по переменному току из соотношения

;

б) оцените значение сопротивления нагрузки полевого транзистора по переменному току из соотношения:

.

10. Постройте нагрузочную прямую транзистора по переменному току на семействе выходных характеристик:

а) нагрузочная прямая по переменному току биполярного транзистора проходит через точку режима покоя (I_ок , U_кэо ) и через точку с координатами
I_к = 0; U_кэ = I_ок ×R_~ +U_кэо ;

б) нагрузочная прямая по переменному току полевого транзистора проходит через точку режима покоя (I_С0 , U_СИ0 ) и через точку с координатами
I_С = 0, U_СИ = I_С0 R_~ +U_СИ0 .

11. С использованием нагрузочной прямой по переменному току на выходных характеристиках транзистора постройте сквозную характеристику:
I_к = ¦(U_бэ ); I_с = ¦(U_зи ). Под сквозной характеристикой транзистора понима-ется зависимость амплитуды переменной составляющей выходного тока от значения амплитуды переменной составляющей входного напряжения. Вид сквозной характеристики транзистора представлен на рис. 10. По сквозной характеристике транзистора найдите наибольшую величину входного напряжения U_{вх. н} , при которой максимально охватывается вся переменная часть сквозной характеристики ( рис. 10, участок ВАС).

12. Определите динамические параметры усилительного каскада для двух величин амплитуды входного сигнала U_вх :

U_вх1 = U_{вх. н} ; U_вх2 = U_{вх. н} /2

и двух значений сопротивления нагрузки R_н :

R_н1 = ¥; R_н2 = R_н (в соответствии с техническим заданием):

а) рассчитайте динамические параметры усилительного каскада на биполярном транзисторе с использованием графоаналитического метода:

- коэффициент усиления по току;

- коэффициент усиления по напряжению;

Рис. 10. Сквозная характеристика транзистора

- коэффициент усиления по мощности, где приращение и соответствующее ему приращение определяются по входной характеристике биполярного транзистора, а приращения , - по нагрузочной прямой для постоянного и переменного токов (в зависимости от значения сопротивления нагрузки) на семействе выходных характеристик вблизи режима покоя транзистора;

б) оцените динамические параметры усилительного каскада на биполярном транзисторе с помощью аналитических соотношений:

К_i = H_21Э /(1+Н_22Э R_~ ) – коэффициент усиления по току, при R_Н = ¥ необходимо подставлять вместо R_~ значение R_К ;

К_u = H_21Э R_~ /H_11Э – коэффициент усиления по напряжению, при R_Н = ¥ вместо R_~ необходимо подставлять значение R_К ;

К_p = - коэффициент усиления по мощности, при
R_Н = ¥ вместо R_~ необходимо подставлять значение R_К ;

в) рассчитайте динамические параметры усилительного каскада на полевом транзисторе с использованием графоаналитического метода:

К_u = DU_си /DU_зи – коэффициент усиления по напряжению, где приращения DU_ЗИ = DU_ВХ ; DU_СИ = DU_ВЫХ следует выбирать по нагрузочной прямой для постоянного и переменного токов (в зависимости от значения сопротивления нагрузки) на семействе выходных (стоковых) характеристик вблизи режима покоя полевого транзистора;

г) оцените динамические параметры усилительного каскада на полевом транзисторе с помощью аналитических соотношений:

S_ДИН = (S×R_i )/(R_i +R_~ ) – динамическая крутизна полевого транзистора,

К_u = S_ДИН ×R_~ - коэффициент усиления по напряжению, при R_Н = ¥ вместо R_~ необходимо подставлять значение R_С .

13. Оцените нелинейные искажения в усилительном каскаде на транзисторе.

Нелинейные искажения – это изменения формы колебания, обусловленные кривизной характеристик транзисторов, диодов, полупроводниковых конденсаторов, интегральных микросхем и других элементов. Параметры нелинейных элементов зависят от воздействующего на них тока или напряжения. Отличительным признаком нелинейных искажений является то, что им подвержено даже гармоническое колебание. На этом и основана их простейшая оценка с помощью коэффициента гармоник, или коэффициента нелинейных искажений.

Коэффициентом гармоник называется отношение действующего значения суммы высших гармоник выходного напряжения к действующему значению его первой гармоники:

,

где U₁ , U₂ , U₃ и т.д. – действующие значения отдельных гармоник выходного напряжения.

Этот коэффициент можно оценить методом пяти ординат по сквозной характеристике (называемый также методом Клина по имени его автора)
[8, с.52], который позволяет учесть влияние второй и третьей гармоник входного сигнала.

,

где - коэффициент второй гармоники; - коэффициент третьей гармоники, определяются графически. Для этого на сквозной характеристике отмечают пять точек (см. рис. 10), соответствующих точке покоя (нулевая амплитуда входного сигнала), наибольшей амплитуде входного сигнала U_{ВХ. Н} (с учетом обеих полуволн), половине наибольшей амплитуды входного сигнала, т.е. (1/2)U_{ВХ. Н} (тоже с учетом обеих полуволн). По этим точкам вычисляют значения отрезков , , , тогда

, .

14. В "Выводах и замечаниях по работе" желательно отразить:

- анализ полученных результатов,

- что, на ваш взгляд, наиболее полезно для вас как результат выполнения данной курсовой работы,

- что вызвало наибольшие трудности,

- затраты вашего времени на выполнение.

Список литературы

Учебники и учебные пособия

1. Электронные приборы.: Учебник для вузов/ В.Н. Дулин, Н.А. Аваев,
В.П. Демин и др.; Под ред. Г.Г. Шишкина. 4-е изд., перераб. и доп. М.: Энергоатомиздат, 1989. 496 с.

2. Батушев В.А. Электронные приборы.: Учебник для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Высш. шк., 1980. 383 с.

3. Пасынков В.В., Чиркин А.К. Полупроводниковые приборы.: Учебник для вузов. 5-е изд., испр.- СПб.: Издательство «Лань», 2001. 480 с.

4. Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроника.: Учеб. пособие для приборостроит. спец. вузов. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Высш. шк., 1991. 621 с.

5. Ногин В.Н. Аналоговые электронные устройства.:М.: Радио и связь, 1992. 304 с.

6. Степаненко И.П. Основы теории транзисторов и транзисторных схем. 4-е изд., перераб. и доп. М.: Энергия, 1977. 672 с.

7. Остапенко Г.С. Усилительные устройства.: Учеб. пособие для вузов. М.: Радио и связь, 1989. 400 с.

8. Цыкин А.В. Электронные усилители.: Учеб. пособие для техникумов связи. 2-е изд., перераб. М.: Радио и связь, 1982. 288 с.

9. Электронные приборы: Учебник/ А.Л. Булычев, П.М. Лямин, Е.С. Тулинов. Минск: Высшая школа, 1999. 415 с.

Справочники

1. Усатенко С.Т., Каченюк Т.К., Терехова М.В. Выполнение электрических схем по ЕСКД.: Справочник. М.: Изд-во стандартов, 1989. 325 с.

2. Полупроводниковые приборы. Транзисторы малой мощности: Справочник/ Под ред. А.В. Голомедова. 2-е изд., стереотип. М.: Радио и связь, изд. фирма "КУбК-а", 1994. 384 с.

3. Полупроводниковые приборы. Транзисторы средней и большой мощности: Справочник/ Под ред. А.В. Голомедова. 2-е изд., стереотип. М.: Радио и связь, изд. фирма "КУбК-а", 1994. 640 с.

4. Петухов В.М. Полупроводниковые приборы. Транзисторы. Дополнение первое: Справочник. М.: Рикел, Радио и связь, 1994. 232 с.

5. Резисторы: Справочник/ Под ред. И.И. Четверткова и В.М. Терехова. 2-е изд. М.: Радио и связь, 1991. 246 с.

6. Электронная техника и радиоэлектроника: Справ. пособие. М.: Изд-во стандартов, 1991. 168 с.

7. Электроника: Энцикл. словарь/ Гл. ред. В.Г. Колесников. М.: Сов. энцикл., 1991. 688 с.

8. Нефедов А.В., Гордеева В.И. Отечественные полупроводниковые приборы и их зарубежные аналоги: Справочник. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Радио и связь, 1990. 400 с.

9. Полупроводниковые приборы. Транзисторы: Справочник/ Под общ. ред.
Н.Н. Горюнова. 2-е изд., перераб. М.: Энергоатомиздат, 1985. 904 с.

10. Мощные полупроводниковые приборы. Транзисторы: Справочник/ Под ред.
А.В. Голомедова. М.: Радио и связь, 1985. 560 с.

11. Полупроводниковые приборы. Транзисторы: Справочник/ Под общ. ред.
Н.Н. Горюнова. М.: Энергоиздат, 1982. 904 с.

12. Транзисторы для аппаратуры широкого применения.: Справочник/ Под ред.
Б.Л. Перельмана. М.: Радио и связь, 1981. 656 с.

13. Справочник по полупроводниковым диодам, транзисторам и интегральным схемам/ Под общ. ред. Н.Н. Горюнова. 4-е изд., перераб. и доп. М.: Энергия, 1976. 744 с.

14. Справочник по полупроводниковым диодам, транзисторам и интегральным схемам/ Под общ. ред. Н.Н. Горюнова. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Энергия, 1972. 568 с.

15. Краткий справочник конструктора радиоэлектронной аппаратуры/ Под ред.
Р.Г. Варламова. М.: Сов. радио, 1972. 856 с.

16. Транзисторы и полупроводниковые диоды: Справочник/ Под общ. ред.
И.Ф. Николаевского. М.: Связьиздат, 1963. 646 с.

Оглавление

1. Цель курсовой работы.................................................................................... 3

2. Задание на курсовую работу.......................................................................... 3

3. Содержание курсовой работы....................................................................... 6

4. Методические указания к выполнению курсовой работы............................ 7

Список литературы........................................................................................... 29

Приложение 1 Образец оформления титульного листа................................ 33

Приложение 2 Образец оформления перечня элементов............................. 34

Приложение 3 Порядок выбора резисторов в схеме усилительного каскада 35

Приложение 1 Образец оформления титульного листа

Министерство образования и науки Российской Федерации

ГОУ ВПО Уральский государственный технический университет-УПИ

Кафедра «Радиоэлектроника информационных систем»

Оценка работы

Члены комиссии

УСИЛИТЕЛЬНЫЙ КАСКАД НА БИПОЛЯРНОМ ТРАНЗИСТОРЕ

( Вариант № 832 )

КУРСОВАЯ РАБОТА

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

200700 000000 202 П3

Подпись Дата Ф.И.О.

Руководитель Сидоров С.П.

Студент Павлов И.П.

Группа: Р-294

Номер зачетной книжки 963238

Екатеринбург 2003

Приложение 2 Образец оформления перечня элементов

Приложение 3 Порядок выбора резисторов в схеме усилительного каскада

Резисторы общего назначения имеют диапазон номинальных сопротивлений 1 Ом – 10 МОм , номинальные мощности рассеяния – 0.125 -

- 100 Вт. Допускаемые отклонения сопротивления от номинального значения имеют следующие пределы: ±1; ±2; ±5; ±10; ±20%.

Для оценки свойств резисторов используются следующие основные параметры: номинальное сопротивление; допустимое отклонение величины сопротивления от номинального значения (допуск); номинальная мощность рассеяния; предельное напряжение; температурный коэффициент сопротивления; коэффициент напряжения; уровень собственных шумов; собственные емкость и индуктивность.

Номинальное сопротивление резистора R_Н – это электрическое сопротивление, значение которого обозначено на резисторе или указано в сопроводительной документации. ГОСТ 2825-67 устанавливает для резисторов шесть рядов номиналов сопротивлений: Е6; Е12; Е24; Е48; Е96; Е192 (цифра указывает число номинальных сопротивлений в ряду). Числовые коэффициенты, умножаемые на любое число кратное 10, для постоянных резисторов общего применения по наиболее применяемому на практике ряду Е24, имеют значения: 1,0; 1,1; 1,2; 1,3; 1,5; 1,6; 1,8; 2,0; 2,2; 2,4; 2,7; 3,0; 3,3; 3,6; 3,9; 4,7; 5,1; 5,6; 6,2; 6,8; 7,5; 8,2; 9,1.

Допуск - максимально допустимое отклонение реальной величины сопротивления резистора от его номинального значения, которое выражается в процентах.

Номинальная мощность рассеяния резистора Р_Н – это наибольшая мощность, которую резистор может рассеивать в течение гарантированного срока службы при сохранении параметров в установленных пределах. Для нормальной работы резистора необходимо, чтобы мощность, выделяемая на резисторе в данной электрической цепи, не превышала номинальной мощности рассеяния:

Р_Н > Р_ПОТР или Р_Н > I² ×R.

Существуют различные обозначения резисторов. Наиболее широкое применение нашли металлопленочные лакированные теплостойкие резисторы, которые имеют обозначения, например, МЛТ, ОМЛТ, С2-23, С2-33 и т.д.

Пример расчета сопротивления резистора, выбора номинала и допустимой мощности рассеяния:

ближайшим номиналом по ряду Е24 является резистор R = 390 кОм . Мощность, потребляемая резистором, составляет значение:

Р_R = (60×10^-6 )² 390×10³ @1,4 мВт

На основании вышеприведенных расчетов можно выбрать резистор, например, марки С2-23, сопротивлением R = 390 кОм и номинальной мощностью рассеяния Р_Н = 125 мВт (Р_Н >> P_R ), что обеспечивает надежную работу резистора в схеме.

Более подробную информацию о резисторах можно получить в справочнике [5 ].

ЭЛЕКТРОНИКА

Составители: Елфимов Вячеслав Ильич

Устыленко Наталья Степановна

Корректор Л.Ю. Козяйчева

Подписано в печать 18.02.2002 Формат 60´84 1/16

Бумага писчая Офсетная печать Усл.печ.л. 2,09

Уч.-изд.л. 1,45 Тираж 100 Заказ Цена «С»

Редакционно-издательский отдел ГОУ УГТУ-УПИ

62002, Екатеринбург, ул.Мира, 19

Типография ЗАО “УМЦ УПИ”