Projekt z Elektroniki

(1)

Projekt z

Elektroniki

Jan Niezbędny :) Sxxxx WID 2011/2012

Seria 4A – dla wszystkich tranzystorów n-p-n proces

obliczeń jest taki sam – zmieniamy tylko wartości w PSpice i w obliczeniach zad2. Masz pnp – masz problem :) Mniej więcej jest wszystko wytłumaczone :)

2012-1-4

(2)

1 Spis treści

Definicja problemu ... 2

Zadanie 1 ... 3

Charakterystyka tranzystora bipolarnego n-p-n Q2N2222 ... 3

Implementacja na konsoli w PSpice ( charakterystyka wejściowa) ... 3

Statyczna charakterystyka wejściowa tranzystora n-p-n Q2N2222 ... 4

Implementacja na konsoli w PSpice ( charakterystyka wyjściowa) ... 4

Statyczna charakterystyka wyjściowa tranzystora n-p-n Q2N2222 ... 5

Wnioski... 5

Zadanie 2 ... 5

Na podstawie charakterystyki wyjściowej wybieram punkt pracy ... 5

Obliczam rezystancję R

C

i R

E

... 6

Obliczam rezystancję R

1

i R

2

... 6

zatem6 Obliczam rezystancję r

WE

... 6

Obliczam współczynnik wzmocnienia β ... 6

Obliczam rezystancję wejściową tranzystora (h11e) ... 6

Obliczam rezystancję rWE ... 7

Obliczam pojemności C1, C2 i CE ... 7

Obliczam C1 ... 7

Obliczam C2 ... 7

Obliczam CE ... 7

Obliczam rezystancję r

WY

... 7

Obliczam ku i ki ... 7

Podsumowanie obliczonych wartości: ... 8

Zadanie 3 ... 9

Implementacja na konsoli w PSpice ... 9

Wyniki w pliki wyjściowym *.out po wykonanej analizie ... 9

Charakterystyki ... 10

(3)

2 Definicja problemu

CZYLI JEST TO UKŁAD ZE WSPÓLNĄ BAZĄ (MOWA O TRANZYSTORZE – TO k W KÓŁKU ☺ ☺ ☺ ) ☺

(4)

3 Zadanie 1

Stosując program PSpise wykonaj wykresy statycznych charakterystyk wejściowych i wyjściowych tranzystora n-p-n Q2N2222, dla układu ze wspólnym emiterem (WE). Analizę wykonaj dla temperatury: t

j

=27

^o

C, w zakresie zmian prądu bazy w przedziale 0-120 uA, ze skokiem 10 uA

Charakterystyka tranzystora bipolarnego n-p-n Q2N2222

Schemat układu (nie mając tego schematu – będziesz go na pewno rysować przy obronie projektu ☺ ☺ ☺ ☺ )

Implementacja na konsoli w PSpice ( charakterystyka wejściowa)

.PROBE – jest po to żeby odczytać dane z pliku .out. Beta w pliku .out jest inna niż w wyliczeniach poniżej

ponieważ jest to beta statyczna. Nas interesuje dynamiczna – dlatego ją liczymy w zad 2.

(5)

4 Statyczna charakterystyka wejściowa tranzystora n-p-n Q2N2222

Charakterystyka wejściowa, na wykresie poniżej, opisuje zależność prądu bazy I

B

od napięcia baza-emiter U

BE

, przy stałym napięciu kolektor-emiter U

CE

. Z powyższego wykresu odczytać można, że do napięcia o wartości około 0,7 V prąd jest znikomy. Po przekroczeniu tej wartości następuje gwałtowny wzrost prądu przy nieznacznym wzroście napięcia. CHARAKTERYSTYKA JEST DLA Prądu Kolektora - Ic

Implementacja na konsoli w PSpice ( charakterystyka wyjściowa)

Zależność prądu kolektora I

C

od napięcia kolektor-emiter U

CE

przy doprowadzonym napięciu wejściowym baza-emiter

U

BE

i stałym prądzie bazy I

B

.

(6)

5 Statyczna charakterystyka wyjściowa tranzystora n-p-n Q2N2222

Wnioski

Z wykresu charakterystyki wejściowej odczytać można, że do napięcia o wartości około 0,7V prąd jest znikomy. Po przekroczeniu tej wartości następuje gwałtowny wzrost natężenia prądu przy nieznacznym

wzroście napięcia. Na podstawie wykresu charakterystyki wyjściowej można stwierdzić, iż powyżej pewnego napięcia (około 0,25V) prąd kolektora prawie nie zależy od napięcia U

^CE

TUTAJ MOŻNA DORZUCIĆ JESZCZE CAŁY

WYKŁAD W SUMIE – ALE TYLE WYSTARCZA

Zadanie 2

Wykonaj projekt wzmacniacza jednostopniowego w układzie WE dla małych amplitud i 3-dB zakresu częstotliwości:

f

d

= 15Hz, f

g

= 25kHz. Przyjmij napięcie zasilające E

C

= 12V. Określ wartości rezystorów Rb1, Rb2, RC, RE oraz pojemności C1,C2 i CE dla układu ze sprzężeniem emiterowym i tranzystorem Q2N2222. Oblicz uzyskane

wzmocnienia K

u

i K

i

oraz rezystancję wejściową r

WE

i wyjściową r

WY

. Obliczenia wykonaj dla rezystancji obciążenia R

0

=12k Ω i rezystancji wewnętrznej R

g

=4,7k Ω

Obliczenia bez użycia komputera dokonaj przy założeniu r

bb

= 0 oraz h

22

= 1/r

ce

= 0. Dobór punktu pracy tranzystora na charakterystykach uzyskanych w zadaniu 1

Na podstawie charakterystyki wyjściowej wybieram punkt pracy

I

CQ

=6mA, U

CEQ

=3,2 V, I

B

=60 μA. – TE DANE SĄ WZIĘTE Z WYKRESU PONIŻEJ

ten wykres być musi

(7)

6 Obliczam rezystancję R

C

i R

E

R

C

+ R

E

=(U

C

-U

CEQ

)/I

CQ

R

C

+ R

E

=(12V-3,2V)/6mA=1,47kΩ Przyjmuję, że U

E

**=20%*U**

C

U

^E

=0,2*12V=2,4V Przyjmuję, że I

E

=I

CQ

I

E

= I

CQ

=5mA

R

E

=U

E

/I

E

=2,4V/5mA=480Ω R

C

=1,47kΩ - 480Ω=990Ω

Obliczam rezystancję R

1

i R

2

Przyjmuję, że I

d

**=10*I**

B

(I

d

- prąd płynący przez dzielnik) I

B

=60μA

I

d

=600μA

Prąd płynący przez dzielnik musi być przynajmniej 10 razy większy niż prąd bazy żeby ten prąd bazy nie obniżył nam napięcia na R2. Bo jak wiadomo nieobciążony dzielnik napięć daje napięcie równe

**Uyw=[R2/(R1+R2)*Uwe]=1V.**

Z prawa Ohma R

1

+ R

2

= E

C

/I

d

R

1

+ R

2

=12V/600μA=20kΩ dodatkowo

R

2

/(R

1

+ R2)=U

R2

/E

C

U

R2

= U

BE

+U

E

Ube – jest zawsze w granicach 0,6-0,7V – teoria w google na hasło „tranzystor Ube” ☺ ☺ ☺ ☺ U

R2

=0,7V+2,4V=3,1V

zatem

R

2

= U

R2

*( R

1

+ R

2

)/E

C

R

2

=(3,1V*20 kΩ)/12V a więc:

R

2

=5,2kΩ

R

1

=20kΩ-5,2kΩ a więc : R

1

=14,8kΩ

Obliczam rezystancję r

WE

Obliczam współczynnik wzmocnienia β I

B

=I

CQ

/β

β=6mA/60μA=100 a/a

Obliczam rezystancję wejściową tranzystora (h

11e

)

Przyjmuję, że U

^T

(potencjał elektrokinetyczny w temp 300K) wynosi 26mA

W Polsce przyjmuje się potencjał elektrokinetyczny ok. 25 mV (dla T = 293 K tj. 20 °C). Czasami może prowadzić to do rozbieżności w wynikach, szczególnie w konfrontacji z wartościami obliczonymi za pomocą oprogramowania

analizującego obwody (programy zazwyczaj wpisane mają jako domyślną temperaturę T = 300 K).

Nadmieniam tylko że:

(8)

7 gdzie q - ładunek elektronu, T - temperatura (w Kelwinach), k - stała Boltzmana

Potencjał być musi – jak się nie umieści teorii to z tego pytają. A jak wiadomo jest to przejebane ☺ ☺ ☺ ☺

h

11e

=U

T

/I

B

h

11e

=26mA/60μA=520Ω Obliczam rezystancję r

WE

r

we

=R

B

||h

11e

r

_we

=(R

B

* h

11e

)/ (R

B

+h

11e

), gdzie :

R

^B

=( R

¹

*R

²

)/(R

¹

+R

²

)=( 14,8kΩ 5,2kΩ)/ (14,8kΩ 5,2kΩ)= 3,84kΩ

więc :

r

we

=(3,84kΩ*0,52 kΩ)/ (3,84kΩ+0,52 kΩ)=243Ω r

we

=243Ω

Obliczam pojemności C

¹

, C

²

i C

^E

Pojemności C

1

, C

2

i C

E

tworzą filtry dolnoprzepustowe Obliczam C

1

f

d

=1/(2ΠR

C1

*C

1

) gdzie R

C1

=R

g

+r

_WE

R

C1

=4,7kΩ+243Ω=4,94kΩ

C

1

=1/(23,144,94kΩ*15Hz)=2,1μF Obliczam C

2

f

d

=1/(2ΠR

C2

*C

2

) gdzie R

C2

=R

C

+R

0

R

C2

=990Ω+12kΩ=12,99kΩ

C

2

=1/(23,1412,99kΩ *15Hz)=0,8μF

Obliczam C

E

C

E

=( β+1)/ [2Πf

d

*( R

g

+h

11e

)]

C

E

=101/[23,1415Hz*(4,7kΩ+520Ω)]=205μF Obliczam rezystancję r

WY

r

WY

≈ R

c

=990Ω Obliczam k

u

i k

i

k

u

=( R

C

*R

0

)/ (R

C

+R

0

)β(1/h

11e

)=(990Ω12kΩ)/ (990Ω+12kΩ)100*(1/520Ω)=175,87V/V

k

i

=[R

C

/(R

C

+R

0

)]β[ R

B

/(R

B

+ h

11e

)]=[ 990Ω/(990Ω+12kΩ)]100[3,84kΩ/(3,84kΩ+520Ω)]=6,66A/A

(9)

8 Podsumowanie obliczonych wartości:

R

¹

=14,8 kΩ; R

²

=5,2k Ω; R

^C

=990 Ω; R

^E

=480 Ω; R

C1

= 4,94 kΩ; R

C2

=12,99 kΩ;

C

¹

=2,1 μF; C

²

=0,8 μF; C

^E

=205 μF; K

u

=175,87 V/V; K

i

=6,66 A/A;

r

WE

=243 Ω; r

WY

=990 Ω

(10)

9 Zadanie 3

Wprowadzenie i przetestowanie obliczonych danych z użyciem programu PSPICE. Wyniki z zad2 wbijamy do PSpice

Implementacja na konsoli w PSpice

**Wyniki w pliki wyjściowym *.out po wykonanej analizie**

NAME Q1

MODEL Q2N2222

IB 4.40E-05

IC 4.40E-03

VBE 8.15E-01

(11)

10 VBC -4.69E+00

VCE 5.50E+00 BETADC 1.00E+02 GM 1.71E-01 RPI 5.83E+02 RX 0.00E+00 RO 1.00E+12 CBE 0.00E+00 CBC 0.00E+00 CJS 0.00E+00 BETAAC 1.00E+02 CBX/CBX2 0.00E+00 FT/FT2 2.73E+18

Charakterystyki

Można zrobić charakterystyki wszystkiego tak naprawde – wtedy mamy 8/10pkt. Aby uzyskać 10/10 trzeba umieścić tą charaktererystykę i zrobić małą zmiane w schemacie (zostawiam dla naprawdę ambitnych – którzy

dadzą radę się obronić ☺ ☺ ☺ ☺ )

Tą charakterystykę uzyskuje się po dostawieniu dwóch cewek – patrząc na R0 – po prawej na górze(WY) i na dole.

Bibliografia

Podczas robienia projektu korzystałem z następujących źródeł:

1. "Elementy i układy elektroniczne. Projekt i laboratorium" pod red. Andrzeja Filipkowskiego, wydanie 2, OWPW, Warszawa, 2007

2. "Podstawy elektroniki" części 1 i 2, Barbara Pióro i Marek Pióro, wydanie 2, WSIP, Warszawa, 1997 3. "Odbiorniki radiowe", Henryk Chacioski, WSIP, 1980, Warszawa