Низкочастотный RC- генератор Выбор электрооборудования Задание на курсовую работу Биполярный транзистор Расчет автогенератора Расчёт электрических фильтров


Электроника примеры расчетов курсовых заданий

Биполярный транзистор

В программе MICROCAP-5, Pspice и других используется схема замещения биполярного транзистора в виде адаптированной модели Гуммеля-Пуна, которая по сравнению с исходной моделью позволяет учесть эффекты, возникающие при больших смещениях на переходах. Эта модель автоматически упрощается до более простой модели Эберса-Молла, если опустить некоторые параметры. Эквивалентные схемы этих моделей для n-р-n-структуры изображены на рис. П 4.

Рис. П4. Схема замещения биполярного п р-п-транзистора:

а -модель Гуммеля-Пуна;б - передаточная модель Эберса-Молла

Статический режим транзистора.

Режим описывается следующими соотношениями (см. рис. П4, а):

Ib = Ibe1/BF + Ibe2+ Ibc1 Ibe1/BR + Ibc2

Ic = Ibe1/Qb- Ibc1/Qb- Ibc1/BR- Ibc2

Ibe1=IS*[exp(Vbe/(NF*Vt))-1]

Ibe2=ISE*[exp(Vbe/(NE*Vt))-1]

Ibc1=IS*[exp(Vbc/(NR*Vt))-1]

Ibc2=ISC*[exp(Vbc/(NC*Vt))-1]

Qb=Q1*[1+(1+4*Q2)NK]/2

Q1=1/(1-Vbc/VAF-Vbe/VAR)

Q2=Ibe1/IKF+ Ibc1/IKR

Is=ISS*[exp(Vjs/(NS*Vt))-1]

На рис 4 приняты обозначения:

Ib  - ток базы;

Ic - ток коллектора;

Ibe1 - ток коллектора в нормальном режиме;

Ibc1 - ток коллектора в инверсном режиме;

Ibe2 Ibc2 - составляющие тока перехода база-эмиттер, вызванные

неидеальностью перехода;

  IS - ток подложки;

Vbe, Vbc - напряжения на переходе внутренняя база-эмиттер и

внутренняя база-коллектор;

Vbs - напряжение внутренняя база-подложка;

\/bn - напряжение внутренняя база-подложка для режима

квазинасыщения;

Vbx - напряжение база-внутренний коллектор;

Vce - напряжение внутренний коллектор-внутренний эмиттер;

Vjs - напряжение внутренний коллектор-подложка для

NPN-транзистора, напряжение внутренняя

подложка-коллектор для PNP-транзистора или напряжение

внутренняя база - подложка для LPNP-транзистора.

Объемное сопротивление базы Rb характеризуется двумя оставляющими. Первая составляющая RB определяет сопротивление вывода базы и сопротивление внешней области базы, которые не зависят от тока базы Ib. Вторая составляющая RBM характеризует сопротивление активной области базы, находящейся непосредственно под эмиттером; это сопротивление зависит от тока Ib. Объемное сопротивление базы Rb определяется следующими выражениями в зависимости от значения параметра IRB:

ì RBM+(RB-RBM)/Qb  при IRB = ¥;

Rb = í

î RBM+3*(RB-RBM)*(tgX - X)/(X*tg2X) при IRB > 0;

где

X=[(1+14,59025*Ib/IRB)0.5-1]/[2,4317*(Ib/IRB)0.5]

Замечание. В программе PSpice токи, втекающие в транзистор, считаются положительными. Поэтому в активном нормальном режиме в п-р-п-структуре (рис.П4) Ic>0, 1b>0, Ie<0. Для структуры р-л-р все напряжения и токи имеют противоположный знак.

Динамические свойства переходов.

 Они учтены включением в модель емкостей коллектора, эмиттера и подложки, которые имеют диффузионные и барьерные составляющие. Емкость перехода база-эмиттер равна сумме диффузионной (Сtbe) и барьерной (Сjbe) составляющих:

Cbe= Ctbe+Cjbe

где Ctbe+= tf*Gbe;

Gbe = dIbe/dVbe - дифференциальная проводимость перехода база-эмиттер в рабочей точке по постоянному току;

tf = TF*[1 +XTF*(3*x-2*х)*ехр(Vbc/(1,44*VTF))];

x=Ibe1/( Ibe1+ITF);

ì  CJE*(1-Vbe/VJE)-MJE при Vbe£ FC*VJE;

Cjbe = í

î CJE*(1-FC)-(1+MJE)*[1-FC*(1+MJE)+MJE*Vbe/VJE]  при Vbe > FC*VJE;

Емкость перехода база-коллектор расщепляется на две составляющие:

емкость между внутренней базой и коллектором

Сbс = Сtbc + XCJC*Cjbc,

где Сtbc = TR*Gbc,

Gbc=dIbc1/dVbc;

ì CJC*(1-Vbc/VJC)-MJC при Vbx£ FC*VJC;

Cjbc = í

îCJC*(1-FC)-(1+MJC)*[1-FC*(1+MJC)+MJC*Vbx/VJC] при Vbx > FC*VJC;

и емкость между внешним выводом базы и коллектором

ì(1-XCJC)*CJC*(1-Vbx/VJC)-MJC  при Vbx£ FC*VJC;

Cbx = í (1-XCJC)*CJC*(1-FC)-(1+MJC)*[1-FC*(1+MJC)+MJC*Vbx/VJC]

î при Vbx > FC*VJC;

 Емкость коллектор-подложка равна

ì CJS*(1-Vbc/VJS)-MJS при Vjs£ 0;

Cjbc = í

îCJS*(1+MJS*Vjs/VJS] при Vbx > 0;

Режим квазинасыщения.

Этот режим характеризуется прямым смещением перехода внутренняя база-коллектор, в то время как переход наружная база-коллектор остается смещенным в обратном направлении. В расширенной модели Гуммеля-Пуна этот эффект моделируется с помощью дополнительного управляемого источника тока Iepi, и двух нелинейных емкостей, заряды которых на рис. 4, а обозначены Qo и Qw.

Iepi=A1/A2

Где A1=VO*{Vt*[K(Vbc)-K(Vbn)-ln((1+K(Vbc))/(1+K(Vbn)))]+Vbc-Vbn}

A2=RCO*(|Vbc-Vbn|+VO)

Эти изменения вносятся в модель, если задан параметр RCO :

где K(V) = (1 + GAMMA*exp(V /Vt))0.5

Температурная зависимость. Эта зависимость параметров элементов эквивалентной схемы биполярного транзистора устанавливается с помощью следующих выражений:

IS(T) = IS*exp[EG(T)/Vt(T)*(T/Tnom-1)]*(T/Tnom)XTI;

ISE(T) = (ISE/bf)*exp[EG(T)/(NE*Vt(T))*(T/Tnom -1)]*(T/Tnom)XTI/NE

ISC(T) = (ISC/bf)*exp[EG(T)/(NC-Vt(T))*(T/Tnom-1)]*(T/Tnom)XTI/NC

ISS(T) = (ISS/bf)*exp[EG(T)/(NS-Vt(T))*(T/Tnom-1)]*(T/Tnom)XTI/NS

BF(T) =BF*bf,

BR(T)=BR*bf,

bf=(T/Tnom)XTB;

RE(T) =RE*[1+TRE1*(T-Tnom)+TRE2*(T-Tnom)2]

RB(T)= RB*[1+TRB1*(T-Tnom)+TRB2*(T-Tnom)2]

RBM(T) = RBM*[1+TRM1*(T-Tnom)+TRM2*(T-Tnom)2]

RC(T) = RC*[1+TRC1*(T-Tnom)+TRC2*(T-Tnom)2]

VJE(T) = VJE*T/Tnom-3*Vt*ln(T/Tnom)-EG(Tnom)*T/Tnom+EG(T);

VJC(J) = VJC*T/Tnom-3*Vt*ln(T/Tnom) -EG(Tnom)*T/Tnom+EG(T);

VJS(J) = VJS*T/Tnom-3*Vt*ln(T/Tnom) -EG(Tnom)*T/Tnom+EG(T);

CJE(J) = CJE*{1+MJE*[0,0004*(T-Tnom)+1-VJE(T)/VJE]};

CJC(T) = CJC*{1+MJC*[0,0004*(T-Tnom)+1-VJC(T)/VJC]}

CJS(7) = CJS*{1+MJS*[0,0004*(T-Tnom)+1-VJS(T)/VJS]}

KF(T) = KF*VJC(T)/VJC,

AF(T) =AF*VJC(7)/VJC.

EG(T)=E*Go-a*T2/(b+T)

Коэффициент усиления К0 и коэффициент обратной связи β в общем случае зависят от частоты ω. Поэтому, если условие (3) выполняется для нескольких частот, то все они будут генерироваться — получится генератор колебаний сложной формы. Если условие (3) выполняется для одной частоты (или узкого интервала частот), то получается генератор гармонических колебаний частоты ω.

12

Рисунок 1 — Общий принцип построения автогенераторов.

1.2 МУЛЬТИВИБРАТОРЫ

 Среди генераторов негармонических колебаний, пожалуй, самыми распространенными являются генераторы импульсов прямоугольной формы. В этих генераторах либо велика глубина обратной связи (β >> 1) либо очень большое значение имеет коэффициент усиления усилителя (К>> 1). Характерной особенностью рассматриваемых колебаний является наличие участков с медленным изменением сигнала и участков с очень быстрым, скачкообразным его изменением. Скачок возникает при выполнении, условия самовозбуждения К0 β > 1. При этом из-за больших значений К или β усилитель быстро уходит в насыщение. После чего К уменьшается и при Кβ = 1 лавинный процесс нарастания тока прекращается. С этого момента начинается медленный процесс (например, разряда конденсатора), который приводит к изменению входного напряжения усилителя, перевода его в активный режим, к замыканию цепи обратной связи и появлению следующего скачка. Таков цикл работы схемы. Так работают генераторы, за которыми закрепилось название мультивибраторов.

  В последнее время все чаще для построения мультивибраторов используют операционные усилители (ОУ). Схемы мультивибраторов на основе ОУ могут быть различными. Наиболее простые из них обычно строят, охватывая ОУ цепями положительной и отрицательной обратной связи (соответственно — ПОС и ООС), причем ПОС по своему действию во времени должна быть опережающей по отношению к ООС. Тогда цепь ПОС обеспечивает лавинообразный переход мультивибратора из одного состояния в другое, а цепь ООС (совместно с цепью ПОС) ограничивает время пребывания устройства в каждом из состояний.  Пример такой схемы показан на рисунке 2а. В этой схеме цепь ПОС выполнена на основе резистивного делителя R1, R3, а цепь ООС содержит пассивный интегратор R2, C1. На рисунке 2б представлены временные диаграммы, поясняющие принцип работы такой схемы.

а)

1

б)

Рисунок 2 — Схема мультивибратора на ОУ (а) и временные диаграммы

его работы (б).

Транзисторный усилитель (ТРУ), представленный электрической принципиальной схемой, в зависимости от характера вход­ного сигнала может работать в различных режимах.

При большом быстроизменяющемся входном сигнале в ТРУ транзистор проявляет нелинейные и динамические свойства, которые могут быть представлены эквивалентной схемой

Уравнения соединений, составленные по законам Кирхгофа, определяются только схемами соединений ветвей, т.е. геометрической структурой цепи, и не зависят от вида и характеристик элементов, т.е. физического содержания ветвей.

 Схема находится в статическом режиме, если на нее воздействуют постоянные во времени сигналы

Рассмотрим простейшую математическую модель цепи с диодом для статического режима

При расчете статического режима методом Ньютона возникает необходимость решения, системы линейных алгебраических уравнений на каждой итерации. Численные методы решения систем линейных уравнений делятся на две группы

При малом входном сигнале нелинейные функции, описывающие свойства приборов, в окрестности статического режима можно считать линейными и представлять параметрами, рассчитанными (или измеренными) в статическом режиме


Расчет однофазного трансформатора