И соответственно выходные характеристики:
Также мы получили входные характеристики для исследуемого транзистора при двух значениях выходного напряжения Uke = 0 В; 5 В, используя ниже приведенную схему измерений.
Используя полученные экспериментальные данные и программу MODEL, определим статические параметры модели транзистора:
Теперь определим динамические параметры модели транзистора, при этом используем справочные данные. Определяем напряжение эмиттер – база и ёмкость коллекторного перехода Ukb = 5 B , Cob = 60 пФ. Данные вносим в соответствующую таблицу программы MODEL и рассчитываем параметры. Аналогично для эмиттерного перехода: ёмкость эмиттерного перехода Cib = 18 пФ при Ubе = 5В. Постоянная времени прямого включения TF (определяет среднее время жизни не основных носителей в базе) может быть определена по граничной частоте Fгр = 1МГц и величине BF = 44.14:
Постоянная времени обратного включения TR для сплавных транзисторов обычно задается 0.5-0.3 TF:
Итак, мы рассчитали все параметры модели исследуемого биполярного транзистора. Внесем его в библиотеку МС7, создав файл с расширением *.lib:
* MP40.lib
*****
*** MP_40New
.MODEL MP_40New PNP (IS=12.6815F BF=45.8769 NF=293.297M VAF=40.8818 IKF=10M
+ ISE=2.460553e-016 NE=1.31483 BR=888.963M IKR=947.255M ISC=2.71444P NC=2 RE=2
+ CJE=51.3416P VJE=700.001M MJE=499.79M CJC=171.113P VJC=700.003M MJC=499.718M
+ FC=500M TF=3.606N XTF=500M VTF=10 ITF=10M TR=1.803N EG=1.11)
Для проверки адекватности модели, построим выходную характеристику внесенного в библиотеку транзистора МП 40, используя схему для снятия выходных характеристик (рис.), и при токе базы соответственно Ib = 155 мкА. Построим экспериментальную и модельную характеристики ( рис. 18 ) и оценим погрешность в % в контрольной точке Uke = 5B:
2. Установка рабочей точки
Проведем установку рабочей точки промежуточного каскада УНЧ с помощью делителя напряжения (рис.19)
Нам задан тока покоя (Rk = 1 kOm) в режиме класса А и напряжение коллекторного питания Ек (Ek=12 B). Так как рабочая точка должна лежать посередине нагрузочной прямой,то есть Uke = 6B, а ток коллектора по условию Ik = 6 mA. Отсюда, используя закон Кирхгофа, определяем Rk:
Получаем Rk = 600 Ом, однако в ряде Е12 такой величины нет, поэтому выбираем ближайшее значение Rk = 620 Ом. В этом случае Uke = Ek – IkRk = 5.8 В.
Для расчета остальных сопротивлений нам нужны значения Ib и Ube в рабочей точке. Для определения Ib используем характеристику прямой передачи при Uke = 5.8 В. При получении характеристики прямой передачи используем схему измерений выходных характеристик (рис.1)
Получаем Ib = 76 мкА. Для определения Ube используем входную характеристику при Uke = 5.8 В.
Получаем Ube = 0.72 В. Далее для расчета R1, R2 зададимся током делителя: Id = 10..100Ib (т.е в пределах 0.76 – 7.6 мА). Мы определим его так, чтобы R2 = Ube/Id лежало как можно ближе к значениям ряда Е24. Пусть R2 = 130 Ом. Тогда Id = Ube/R2 = 5.54 мА, этот ток лежит в пределах допустимых значений. Далее по закону Кирхгофа:
Получаем R1 = 2036 Ом. Из ряда Е24 находим R1 = 2000 Ом. Убедимся в правильности расчетов проведя моделирование схемы в MC7 , используя режим Dynamic DC:
3. Усилительный каскад на биполярном транзисторе
Схема УНЧ имеет следующий вид:
Сначала проведем расчет разделительных конденсаторов C1 и С2 для заданной полосы рабочих частот, емкости нагрузки и сопротивления нагрузки. По условию имеем:
F = 1 кГц, Rн = 10 кОм, Cн = 100 пФ
В области нижних частот сопротивления конденсаторов С1 и С2 увеличиваются и становятся соизмеримыми с эквивалентными сопротивлениями входа и выхода УНЧ. Амплитудно-частотные искажения в этой области зависят от низкочастотных постоянных времени t1 и t2 цепей разделительных конденсаторов C1 и C2 соответственно. Результирующая постоянная времени каскада t на некоторой частоте w оценивается через коэффициент частотных искажений M:
Сам же коэффициент частотных искажений на частоте w определяется так:
M(w) = K(wср)/K(w)
где K(wср) - коэффициент усиления на средней частоте, а K(w) - коэффициент усиления на данной частоте. Тогда на граничных частотах по определению M =
. Отсюда постоянная времени каскада на граничных частотах t =1/w. Определим постоянную времени каскада tн на нижней частоте (она заведомо больше постоянной времени на верхней частоте): Постоянная времени каскада сложно зависит от постоянных времени отдельных цепей однако, если в каскаде постоянная времени некоторой ветви существенно меньше постоянных времени остальных ветвей, то можно считать, что постоянная времени всего каскада определяется именно ей. Поэтому положим t1 = tн, а t2 = 10 tн.
Рассмотрим эквивалентную схему входной цепи с разделительным конденсатором С1:
Для определения сопротивления Rbe (входное сопротивление транзистора в рабочей точке) используем входную характеристику при Uke = 5.6В:
Получаем: