МИНИСТЕРСТВО СВЯЗИ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

Высший государственный колледж связи

КАФЕДРА ТКС

Н. И. Шатило

ОБЪЕКТНО-ОРИЕНТИРОВАННОЕ ПРОГРАММИРОВАНИЕ

И ПРОГРАММНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ

Практические занятия

для студентов специальности 45 01 03 «Сети телекоммуникаций»

специализации 45 01 03 01 «Техническая эксплуатация сетей телекоммуникаций»

МИНСК 2009

Практическое занятие 1

В первом задании необходимо определить параметры нелинейной модели Эберса –Молла .

Таблица 1.1 – Типы используемых транзисторов

Номер варианта	0	1	2	3	4
Транзистор n-p-n	КТ315А	КТ315В	КТ3102А	КТ316А	КТ355А
Транзистор p-n-p	КТ361A	КТ361B	КТ3107А	КТ363А	КТ363Б

Продолжение таблицы 1.1

Номер варианта	5	6	7	8	9
Транзистор n-p-n	КТ316Б	КТ325Б	КТ3108А	КТ3127А	КТ312А
Транзистор p-n-p	КТ363Б	КТ363А	КТ3107В	КТ3126А	КТ3126А

Таблица 1.2 – Напряжение питания схемы

Номер варианта	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Напряжение, В	12	14	16	18	20	22	24	25	15	10

1.1 Методика определения параметров нелинейной модели биполярного транзистора Эберса –Молла.

Эквивалентная схема нелинейной модели биполярного транзистора

Эберса-Молла изображена на рисунке 1.1.

Исходными данными для расчета параметров модели являются: статические коэффициенты передачи тока в схеме с общим эмиттером и h , модуль коэффициента передачи тока на высокой частоте, постоянная времени цепи обратной связи на высокой частоте , напряжение насыщения U , время рассасывания t , емкость эмиттерного перехода С , емкость коллекторного перехода С , а также условия измерения этих параметров. Кроме того, необходимы входные и выходные характеристики транзистора I = f(U ) и I =f(U ) (рисунок 1.2).

В результате расчета требуется определить прямой и инверсный коэффициенты передачи по току в схеме с общей базой, ток насыщения I , омические сопротивления базы r , эмиттера r и коллектора r , прямое и инверсное время пролета носителей через базу, барьерную емкость эмиттерного С и коллекторного С переходов при нулевых смещениях на переходах.

Указанные параметры определяются в следующей последовательности.

Вычисляется среднегеометрическое значение статического коэффициента передачи тока в схеме с ОЭ:

(1.1)

Определяется значение :

(1.2)

По выходным характеристикам транзистора (см. рисунок 1.2) определяется омическое сопротивление коллектора:

(1.3)

Вычисляется инверсный коэффициент передачи:

(1.4)

где токи, при которых измеряется температурный потенциал. При Т = 293К 0,026 В.

Определяются значения барьерных емкостей при нулевых смещениях:

(1.5)

где и - напряжения на коллекторном и эмиттерном переходах, при которых производились измерения емкостей и (находятся по справочникам); и – коэффициенты, характеризующие крутизну вольт-фарадных характеристик переходов ( для транзисторов , изготовленных по диффузионной технологии, и для транзисторов , изготовленных по сплавной технологии); –контактная разность потенциалов, для кремния равная 0,8...1,0 В.

Граничная частота усиления в схеме с ОЭ равна:

, (1.6)

где – частота, на которой произведено измерение .

Вычисляется среднее время полета в прямом включении :

, (1.7)

где – ток коллектора,

и –емкости эмиттерного и коллекторного переходов при измерении .

Для определения находят ток базы транзистора, соответствующий режиму измерения :

. (1.8)

По входной характеристике находят напряжение , которое соответствует заданной величине . Значения и вычисляются по формулам :

, (1.9)

где - напряжение коллектор-база, при котором измерялась величина . При этом необходимо учесть, что > 0 , а < 0.

Постоянная времени рассасывания вычисляется через время рассасывания :

, (1.10)

где – режимы измерения , определяемые по справоч-никам. Если ток рассасывания в справочнике не указан, его можно принять .

Определяется среднее время пролета в инверсном включении из следующего соотношения:

(1.11)

Вычисляется объемное сопротивление базы :

(1.13)

где - емкость коллекторного перехода, соответствующая режиму измерения (определяется по формуле, аналогичной (1.9)).

По справочным данным определить не представляется возможным, поэтому для транзисторов малой мощности можно принять Ом, а средней и большой мощности -

Для определения теплового тока насыщения задаемся величиной базового тока мА. По входной характеристике при (см. рисунок.1.2) находим значение соответсвующее выбранному току и вычисляем по формуле

(1.13)

Практическое занятие 2

Расчет параметров модели Джиаколетто может быть проведен исходя из режима работы транзистора по постоянному току. Рабочая точка транзистора определяется для схемы, представленной в таблице 3.2.

Методика определения параметров линейной модели биполярного транзистора Джиаколетто.

Предположим, что принципиальная схема усилителя имеет вид, представленный на рисунке 1.3.

Рисунок 1.3 – Принципиальная схема усилительного каскада

Расчет схемы по постоянному току проводится в следующем порядке.

Рассчитать ток делителя в базовых цепях транзисторов:

. (1.14)

Здесь – сумма сопротивлений последовательно включенных резисторов в базовой цепи.

Определить потенциалы баз транзисторов по формуле

, (1.15)

где – суммарное сопротивление резисторов, включенных между базой и общим проводом.

Найти потенциалы эмиттеров транзисторов по формуле

. (1.16)

Напряжение выбирается в интервале 0,5…0,7 В для кремниевых транзисторов и 0,3…0,4 В для германиевых транзисторов.

Рассчитать ток в резисторе , подключенном к эмиттеру транзистора:

, (1.17)

где – сопротивление в цепи эмиттера.

Рассчитать ток коллектора в рабочей точке:

. (1.18)

Определить напряжение на коллекторе в рабочей точке

(1.19)

и напряжение коллектор-эмиттер

. (1.20)

Напряжение на коллекторном переходе равно

. (1.21)

В нашем случае

мА.

Через резистор R1 протекает базовый ток , имеющий небольшое значение, поэтому падением напряжения здесь можно пренебречь и потенциал базы определить по приближенной формуле

В.

Потенциал эмиттера транзистора равен

В ,

где – принятое значение падения напряжения на переходе база-эмиттер.

Постоянный ток эмиттера равен току в резисторе R4

мА.

Ток коллектора в рабочей точке

мА,

где – коэффициент передачи по току транзистора.

Напряжение коллектор-эмиттер равно

В ,

а напряжение база-коллектор –

В.

1.3 Линейная модель биполярного транзистора Джиаколетто.

Эквивалентная схема линейной (малосигнальной) модели типа n-p-n Джиаколетто в активном режиме изображена на рисунке 1.4.

Исходные данные для расчета те же, что и для модели Эберса-Молла. В результате расчета требуется определить: дифференциальное сопротивление перехода база-эмиттер , крутизну S управляемого источника I, омическое сопротивления базы и коллектора , дифференциальное сопротивление коллектор-эмиттер , а также емкости переходов коллектор-база и база-эмиттер .

Параметры элементов модели Джиаколетто определяются исходя из справочных данных и режима транзистора по постоянному току.

Определяется дифференциальное сопротивление эмиттера :

, (1.22)

где – температурный потенциал,

– постоянная Больцмана,

– температура переходов транзистора в кельвинах,

– заряд электрона,

– поправочный коэффициент, зависящий от технологии изготовления транзистора,

– ток коллектора в рабочей точке.

При комнатной температуре и

Коэффициент для транзисторов , изготовленных по диффузионной технологии, и для транзисторов , изготовленных по сплавной технологии).

Крутизна управления определяется по формуле

. (1.23)

Дифференциальное сопротивление перехода база-эмиттер равно

, (1.24)

где – коэффициент передачи по току в схеме с общим эмиттером

(формула 1.1).

Емкость коллекторного перехода определяется по формуле (1.9). Напряжение на переходе определяется из статического режима транзистора.

Емкость эмиттерного перехода определяется через предельную частоту усиления транзистора:

. (1.25)

В справочниках приводятся частота или частота единичного усиления , которые связаны соотношением

. (1.26)

Сопротивление коллектор- эмиттер транзистора определяется по выходным характеристикам (см. рисунок 1.2,б):

. (1.27)

Если выходных характеристик нет, то сопротивление можно определить через напряжение Эрли :

. (1.28)

Напряжение Эрли для транзисторов типа p-n-p составляет 40-150 В, а для транзисторов типа n-p-n – 80-200 В.

Объемное сопротивление базы определяется по формуле (1.12).

Практическое занятие 3

Формирование математической модели схемы по постоянному току.