Родюков М.С., Коновалов Н.Н. Электроника. Расчёт усилительного каскада с общим эмиттером

Государственное образовательное учреждениевысшего профессионального образованияМосковский государственный университетприборостроения и информатикиМ. С. Родюков, Н. Н. КоноваловЭЛЕКТРОНИКАРасчёт усилительного каскадас общим эмиттеромМетодические указанияпо выполнению домашней работыМосква, 2011УДК 621.3ББК 31.2Р60Рекомендовано к изданию в качестве учебно-методичнскогопособия редакционно-издательским советом МГУПИРодюков М. С., Коновалов Н.

Н.P60 Электроника. Расчёт усилительного каскада с общим эмиттером: методические указания по выполнению домашней работы, 2-е изд., испр. –– М.: МГУПИ, 2011 г. 48 с.Методические указания содержат основные теоретические сведения,необходимые для расчёта усилительного каскада с общим эмиттером,порядок расчёта, а также варианты домашнего задания. Методическиеуказания предназначены для студентов выполняющих домашнюю работу «Расчёт усилительного каскада с общим эмиттером», в курсах«Электроника» и «Электротехника и электроника».УДК 621.3ББК 31.2c Родюков М. С., Коновалов Н. Н. 2011c МГУПИ, 2011ОглавлениеВведение51.

Теоретическое введение1.1. Биполярный транзистор . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1.1.1. Принцип работы биполярного транзистора . . . . . .1.1.2. Включение транзистора по схеме с общим эмиттером1.1.3. Схема замещения биполярного транзистора. Транзистор как четырёхполюсник.

. . . . . . . . . . . . .1.1.4. Расчёт h –– параметров . . . . . . . . . . . . . . . . .1.2. Усилительной каскад с общим эмиттером (ОЭ) . . . . .1.2.1. Усилители . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1.2.2. Усилительный каскад с ОЭ . . . . . . . . . . . . . .1.2.3. Режим работы по постоянному току . . . . . . . . .1.2.4. Термостабилизация усилительного каскада .

. . . .1.2.5. Графоаналитический метод расчёта усилительногокаскада . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6667272. Порядок расчёта2.1. Расчёт параметров транзистора . . . . . . . . . . . .2.2. Расчёт усилительного каскада по постоянному току2.3. Расчёт усилительного каскада по переменному току2.4. Расчёт параметров элементов усилителя с ОЭ . . .2.5. Определение параметров усилительного каскада . ......303031333536.........383839393940404141423. Варианты домашнего задания3.1. Определение номера варианта3.2. Характеристики транзисторов .3.2.1.

МП21Г, МП21Д . . . . .3.2.2. МП39, МП40, МП41А . .3.2.3. МП42А, МП42Б . . . . .3.2.4. ГТ108Б, ГТ108Г . . . . . .3.2.5. МП114, МП115, МП116 .3.2.6. КТ104А, КТ104Б, КТ104В3.2.7. КТ201Б, КТ201Г . . . . .........................................................................................................................................81113131619244Оглавление3.2.8. КТ208Б, КТ209Б . . . . . . . .3.2.9. ГТ310А, ГТ310Б . . . .

. . . .3.2.10. П416, П416А, П416Б . . . . .3.2.11. КТ3107А, КТ3107Б, КТ3107К3.2.12. КТ313А, КТ313Б . . . . . . . .3.2.13. КТ345А, КТ345Б . . . . . . . .........................................................................424344454546Предметный указатель47Литература48ВведениеВажной сотавляющей подготовки современных инженеров является изучение дисциплины «Электроника», как в рамках курса «Электротехника и электроника», так и в рамках отдельного курса в циклеобщепрофессиональных дисциплин (ОПД) государственных образовательных стандартов высшего профессионального образования (ГОСВПО).Наиболее сложными разделами этого курса, являются те, которыесвязаны со схемотехникой аналоговых устройств.

В первою очередьэто объясняется с нелинейным характером характеристик используемых элементов, относительно большим разбросом их параметров, атакже сильным влиянием различных внешних факторов (в первуюочередь температуры окружающей среды и самих элементов).Целью данной работы является расчет параметров усилительногокаскада с общим эмиттером, работающим в классе А с температурнойстабилизацией, который проводится графоаналитическим методом сиспользованием h параметров транзистора.Расчёт усилительного каскада на биполярном транзисторе является характерным примером, охватывающем большое количество разделов не только электроники, но и электротехники, среди которыхможно выделить следующие: цепи переменного тока, нелинейные цепи, четырёхполюсник, теорию обратных связей, полупроводники.В результате выполнения данной домашней работы, студент получит базовые навыки проведения инженерных расчётов аналоговыхэлектронных устройств.Для закрепления полученных при выполнении домашней работынавыков, студентам рекомендуется собрать полученный в результатерасчётов усилтельный каскад в виде натурного макета и проверить нанём правильность проведённых расчётов.Глава 1Теоретическое введение1.1.

Биполярный транзистор1.1.1. Принцип работы биполярного транзистораБиполярный транзистор, этополупроводниковый прибор, состоящий из двух p − n переходов и имеющий три вывода.Биполярный транзистор (далеепросто транзистор) состоит из трёхРис. 1.1. Упрощённая структурачередующихся областей полупроводбиполярного транзистораников, имеющих проводимость p и nтипов (рис. 1.1). В зависимости от их расположения различают транзисторы p − n − p и n − p − n типов. Условные графические обозначения(УГО) транзисторов обоих типов приведены на рис.

1.2. Выводы транзистора называются: Э –– эмиттер, Б –– база и К –– коллектор. Направление стрелки указывает положение области с проводимостью n типа.Рассмотрим принцип действия транзистора(рис. 1.3). Переход эмиттер–база включается впрямом направление, в результате основные ноБсители заряда попадают в базу и создают токбазы IБ . Концентрация основных носителей заряда в базе значительно меньше, чем в эмиттере иРис. 1.2. УГОколлекторе, поэтому в базе рекомбинирует1 матранзисторалая часть зарядов из эмиттера, кроме того, базавыполняется достаточно узкой и основное количество зарядов, попавшее в базу из эмиттера, уже имея достаточно высокую скорость иполучая дополнительное ускорение от поля перехода база–коллектор,пролетает в коллектор, создавая ток коллектора IК , значительно превышающий ток базы IБ .1 Рекомбинация–– процесс замещения электронами дырок, в результате чего исчезаетпара носителей заряда «электрон–дырка» исчезает.

Сопровождается выделением энергии ввиде фотона.1.1. Биполярный транзистор7Описанные физические процессы обеспечиваются конструктивными особенностями исполнения биполярных транзисторов:1. База выполняется слаболегированной (т. е. количество основныхносителей зарядов в ней значительно меньше чем в коллектореи эмиттере);2. База выполняется достаточно узкой;3. Эмиттер выполняется сильнолегированным (т. е. количество основных носителей зарядов в нём значительно больше чем в коллекторе и базе).Рис.

1.3. Принцип действия биполярного транзистора1.1.2. Включение транзистора по схеме с общим эмиттеромВ зависимости от того, какой вывод транзистора подключен одновременно ко входу и выходу схемы, различают три схемы включениятранзистора — с общим эмиттером (ОЭ), общейбазой (ОБ) и общим коллектором (ОК). Наиболее широкое применение нашла схема с общимэмиттером (рис.

1.4).Рис. 1.4. ВключениеРабота транзистора характеризуется семей- транзистора по схеме сствами входных и выходных характеристикобщим эмиттером(рис. 1.5). Эти характеристики (для по схеме сОЭ) приводятся в справочниках по транзисторам (например [3]).Входные характеристики (рис. 1.5, а) показывают зависимостьтока базы (IБ ) от напряжения между базой и эмиттером (UБЭ ), припостоянном напряжение, приложенному к коллектору (UКЭ ).

Входные81. Теоретическое введениеРис. 1.5. Характеристики транзистора а –– входные, б –– выходныехарактеристики слабо зависят от напряжения на коллекторе, поэтому обычно приводят две зависимости (например, в справочнике [3]приводятся входные характеристики транзисторов при UКЭ = 0 и 5В).Выходные характеристики (рис. 1.5, б) показывают зависимостьтока коллектора (IК ) от напряжения между коллектором и эмиттером(UКЭ ), при постоянном значении тока базы (IБ ). Выходные характеристики приводятся для достаточно большого (5 и более) значенийтока базы (IБ1 , IБ2 , IБ3 , и т.

д.), различающихся на фиксированное значение ΔIБ .1.1.3. Схема замещения биполярного транзистора. Транзисторкак четырёхполюсник.Транзистор является весьма сложнымприбором и не может быть полностью описан одной –– двумя величинами (как, например, резистор или конденсатор), характеризующие его зависимости (например приведённые на рис. 1.5) имеют сложРис. 1.6.

Схема замещения ный и нелинейный характер, поэтому длятранзистора применяют различные схемытранзисторазамещения –– математические модели, характеризующие некоторыеего свойства с заданной точностью и в определённых пределах.1.1. Биполярный транзистор9Для транзистора, включённого по схеме с общим эмиттером, работающим в малосигнальном2 (линейном) режиме, наибольшее распространение получила схема замещения, приведённая на (рис. 1.6).На данной схеме транзистор характеризуется h –– параметрами линейного четырёхполюсника –– электрической схемы, имеющей два входных и два выходных контакта.Мы рассматриваем работу усилительного каскада в малосигнальном (линейном) режиме, поэтому мы можем представить транзистор ввиде активного линейного четырёхполюсника, который характеризуется входными (U1 , I1 ) и выходными (U2 , I2 ) токами и напряжениями.Для их расчёта используется система линейных уравнений, в которыхдва тока или напряжения являются известными, а два других –– неизвестными.

Известные и неизвестные величины связываются коэффициентами, которые называются параметрам четырёхполюсника.Для расчёта усилителей применяются z (имеют размерность сопротивления), y (размерность проводимости) и h (смешанная размерность)параметры.При расчёте усилителей с общим эмиттером наибольшее распострание получили h—параметры, связывающие токи и напряжения спомощью следующей системы линейных уравнений:U1 = h11 I1 + h12U2I2 = h21 I1 + h22U2В соответствии с рисунком 1.7и учитывая, что для усилителявходными и выходными сигналамиявляются приращения соответствующих токов и напряжений, запишем эту систему уравнений в слеРис.