Исследование усилительного каскада на униполярном транзисторе с управляющим p-n переходом

Федеральное агентство по образованию РФ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального  образования

«Владимирский государственный университет»

Кафедра конструирования и технологии радиоэлектронных средств

Лабораторная  работа  № 3

ИССЛЕДОВАНИЕ УСИЛИТЕЛЬНОГО КАСКАДА НА УНИПОЛЯРНОМ ТРАНЗИСТОРЕ С УПРАВЛЯЮЩИМ P-N ПЕРЕХОДОМ

по дисциплине: «Общая электротехника и электроника»

Выполнил:

cт. гр. РЭ-104

Проверил:

Владимир 2006

Цель работы: синтез и расчет усилителя малого сигнала с автоматическим смещением (схема ОИ).

Расчетная часть

Исходные данные

Транзистор типа: КП303А;

Напряжение питания 15В;

Коэффициент усиления не менее 2;

Сопротивление нагрузки не менее 20 кОм.

Данные по транзистору КП303А

Транзистор кремниевый планарный полевой с затвором на основе p-n – перехода и канала n – типа;

Максимально допустимое напряжение сток – исток U_СИпред=25В;

Максимально допустимое напряжение затвор – исток U_ЗИпред=30В;

Начальный ток стока I_Снач=0.5-2.5 мА;

Крутизна передаточной характеристики базы S 1-4 мА/В

Предельное значение рассеиваемой мощности  Р_{рас пред}=200 мВт

Диапазон рабочей температуры  -40…+85⁰С

Ход работы

Схема усилителя малого сигнала с автоматическим смещением (схема ОИ) представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Схема усилителя малого сигнала с автоматическим смещением

1.  Расчет по постоянному току

Необходимо определить величины сопротивлений R_C, R_И, R₁, R₂, значения начальных токов и напряжений U_ЗИпок,   i_{С пок}, U_СИпок.

Напряжение питания задано .  значит можно продолжать расчет.

Пусть ток стока начальный составляет I_Снач=2.5 мА. Тогда ток стока покоя рассчитывается:

Напряжение затвор-исток покоя определяется из выражения:

,

Напряжение затвор исток берется по модулю, но на самом деле имеет отрицательную полярность, т.к. ПТ с каналом п-типа, а p-n – переходы должны быть смещены в обратном направлении. Тогда ток через затвор не течет, а значит на резисторе в цепи затвора падает напряжение , а.

Тогда по второму закону Кирхгофа:

Напряжение сток-исток покоя определяется как:

, где .

Сопротивление в цепи истока определяется:

Сопротивление в цепи стока определяется:

В качестве проверки можно выполнить следующие вычисления:

, значит расчет проведен верно.

Смещение рассчитывается по формуле:

Рассчитав смещение Е_см и зная номинал резистора R₂ можно вычислить сопротивление R₁, исходя из условия:

, отсюда следует, что

 Мом

Стоко-затворная характеристика и ВАХ приведены на рисунке.

Рисунок – Характеристики ПТ25

Сопротивление в цепи затвора определяется исходя из условий работы каскада. Диапазон рабочих температур достаточно широк для заданного транзистора, но пусть расчет ведется для фиксированной температуры Т=300К. Тогда сопротивление в цепи затвора можно взять 2-3МОм. Задается сопротивление затвора:

Подбирая номиналы резисторов, имеем следующие значения:

2. Определение коэффициента усиления по напряжению

Пусть крутизна передаточной характеристики базы в соответствии со справочными данными S=1 мА/В. Коэффициент усиления по напряжению определяется:

Коэффициент усиления по напряжению более 2, что удовлетворяет заданию.

3. Определение входного и выходного сопротивлений каскада

Входное сопротивление каскада определятся:

Выходное сопротивление транзистора со стороны истока принимается равным:

4. Расчет входной и выходной емкостей

Необходимо задаться рабочей частотой. Пусть  . Причем сопротивление каскада должно быть много больше, чем емкостное сопротивление. На практике достаточно соотношения: . Тогда расчеты ведется следующим образом:

.

Тогда

.

Тогда

.

Тогда

Подбирая номиналы конденсаторов, имеем следующие значения:

Выводы

В ходе выполнения лабораторной работы был исследован усилительный каскад  на униполярном транзисторе с управляющим p-n переходом в схеме включения с автоматическим смещением.

Одним из преимуществ использования полевых транзисторов (ПТ) в аналогичных каскадах для усиления малого сигнала является большое входное сопротивлении, и малое выходное сопротивление, именно из-за этих свойств ПТ часто применяют для согласования каскадов.

Недостатком является то, что при отсутствии входного сигнала в данном каскаде во всех цепях протекают постоянные токи и действуют постоянные межэлектродные напряжения.

Rc-определяет коэффициент усиления, Ru-обеспечивает стабилизацию режима работы за счет последовательной ООС, для хорошей стабилизации значение Ru-должно быть большим, в данном случае Ru=470 Ом, что уже дольно много, кроме того в отличии от аналогичного каскада на биполярном транзисторе (БТ) здесь не требуется большая емкость для хорошей стабилизации на тех же частотах. Таким образом, получается более компактный каскад с хорошей температурной стабилизацией (по сравнению с каскадом на БТ).

Автоматическое смещение означает, что ток протекающий через транзистор задается U_ЗИ: