МИНИСТЕРСТВООБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫНАЦИОНАЛЬНЫЙГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИНСТИТУТЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИКафедра электропривода
Курсовой проект
по курсу«Электроника и микросхемотехника»
на тему «Расчётусилителя мощности типа ПП2»Днепропетровск2010 г
СОДЕРЖАНИЕ.
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ
РАСЧЁТ КОЛЛЕКТОРНОЙ ЦЕПИ ТРАНЗИСТОРОВ (VT7, VT8)
ОКОНЧАТЕЛЬНЫХ ТРАНЗИСТОРОВ
РАСЧЁТ ЦЕПЕЙ ТРАНЗИСТОРОВ VT5 и VT6
РАСЧЁТ ПАРАМЕТРОВ ЦЕПЕЙ СМЕЩЕНИЯ
РАСЧЁТ ПАРАМЕТРОВ ДЛЯ ВЫБОРА ТРАНЗИСТОРА VT3
РАСЧЁТ ПАРАМЕТРОВ ДЛЯ ВЫБОРА ТРАНЗИСТОРА VT4
РАСЧЁТ ПАРАМЕТРОВ ЦЕПИ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ
РАСЧЁТ ПАРАМЕТРОВ ДЕФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ СХЕМЫ
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЕМКОСТИ КОНДЕНСАТОРОВ
1ПЕЧАТНАЯ ПЛАТА УСИЛИТЕЛЯ МОЩНОСТИ ТИПА ПП2
ПЕРЕЧЕНЬ ЕЛЕМЕНТОВ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Устройствобиполярного транзистора
Биполярнымтранзистором называется электронный прибор с двумя взаимодействующими p-n -переходамии тремя или более выводами. P-n-переходы образуются тремя близко расположеннымиобластями с чередующимися типами электропроводности: p-n-p или n-p-n .Такие транзисторы называют биполярными, так как их работа основана наиспользовании в качестве носителей заряда как электронов, так и дырок.Примерный вид структуры и обозначения на схемах биполярных транзисторовпредставлены на рис.3.1, а. Жирной чертой показаны невыпрямляющие контактывыводов; на рис.3.1, б даны обозначения n-p-n транзистора и p-n-p транзистора.
/>
Рис. 3.1
Большинствобиполярных транзисторов изготавливается на основе кремния. Чаще используетсяструктура n-p-n, так как в этом случае основными носителями являютсяэлектроны, а они более подвижны чем дырки. Ниже будут рассматриваться восновном биполярные транзисторы типа n-p-n, однако выводы в основномсправедливы и для биполярных транзисторов типа p-n-р , с той лишьразницей, что прямое и обратное напряжение у них имеют противоположный знак посравнению с n-p-n.
Несмотря накажущуюся симметрию структуры биполярного транзистора по отношению к базе, p- n -переходы его несимметричны. Область эмиттера имеет более высокуюконцентрацию основных носителей по сравнению с коллектором. Часто областьэмиттера обозначают с плюсом: n+ — эмиттер, n – коллектор,подчеркивая тем самым более высокую концентрацию электронов в эмиттере. Эмиттервыполняет роль поставщика основных носителей заряда к коллектору. Из-за большойконцентрации электронов эмиттер имеет высокую проводимость (или малое объемноесопротивление). База является более высокоомной областью по сравнению сэмиттером. Основных носителей в ней – дырок – здесь мало. Однако дырки являютсянеосновными носителями в областях эмиттера и коллектора.
Кэмиттерно-базовому переходу обычно прикладывается относительно небольшое прямоенапряжение. Поэтому мощность, рассеиваемая в области эмиттера, сравнительноневелика, коллекторный переход находится обычно под достаточно большим обратнымнапряжением, что приводит к большой мощности, рассеиваемой в нем. Поэтому этотколлекторный переход имеет гораздо большую площадь по сравнению с эмиттером. Поконструкции и технологии изготовления различают биполярные транзисторысплавные, эпитаксиально-диффузионные, планарные.
Рабочейобластью транзистора является так называемая активная область кристалла,расположенная непосредственно под эмиттерным переходом. Необходимоевзаимодействие между переходами обеспечивается малой толщиной базы, которая усовременных транзисторов меньше диффузионной длины L и не превышаетнескольких микрометров. При этом ток одного перехода сильно влияет на токдругого, и наоборот. База транзистора может быть легирована неравномерно иравномерно по своему объему. В базе с неравномерным распределением атомовпримеси (неоднородная база) образуется внутреннее электрическое поле,приводящее к дрейфу носителей заряда и ускорению движения носителей через базу.В однородной базе движение носителей связано только с диффузией. Поэтому первыйтип транзисторов называют дрейфовыми, а второй – бездрейфовыми. Дрейфовыетранзисторы более быстродействующие.Режим работыбиполярного транзистора и основные физические процессы
В зависимостиот сочетания знаков и значений напряжений на p-n-переходах транзистораразличают следующие режимы его работы:
а) активныйрежим – на эмиттерный переход подано прямое напряжение, а на коллекторныйпереход – обратное;
б) режимотсечки – на оба перехода поданы обратные напряжения (транзистор заперт);
в) режимнасыщения – на оба перехода поданы прямые напряжения (транзистор полностьюоткрыт);
г) инверсныйактивный режим – напряжение на эмиттерном переходе обратное, наколлекторном – прямое.
Режимыотсечки и насыщения характерны для работы транзистора в качестве электронногоключа; активный режим используют при работе транзистора в усилителях. Инверсноевключение используется редко, например, в схемах двунаправленныхпереключателей, при этом транзисторы должны иметь симметричные свойства в обоихнаправлениях. В режиме отсечки оба перехода заперты, через них проходятнезначительные обратные токи, что эквивалентно большому сопротивлениюпереходов. В первом приближении можно считать, что все токи равны нулю, а междувыводами транзистора имеет место разрыв (см.рис.3.2, а).
/>Рис. 3.2
В режименасыщения через оба перехода проходит большой прямой ток. В первом приближенииможно считать все выводы закороченными. Говорят, что транзистор «стягивается вточку».
Более сложнаякартина токов в транзисторе наблюдается при разных полярностях напряжений напереходах, т.е. в активном режиме. Рис. 3.3 иллюстрирует принцип работытранзистора в активном режиме.
Здесьпоказаны области p — n -переходов и потоки электронов и дырок врезультате взаимодействия переходов в активном режиме.
/>
Рис. 3.3
Черезсмещенный в прямом направлении эмиттерный переход проходит достаточно большойпрямой ток, обусловленный движением основных носителей заряда (в данном случае– электронов). Электроны пролетают через p-n-переход и инжектируются(впрыскиваются) в область базы; при этом дырки из области базы проходят черезпереход в эмиттер (для них p-n-переход также смещен в прямомнаправлении). Но поскольку эмиттер имеет большую концентрацию примесей, топоток электронов из эмиттера в базу намного сильнее потока дырок из базы вэмиттер. Именно электронный поток и является главным действующим лицом втранзисторе типа n -p-n (аналогично дырки – в транзисторе типа p-n-р).
Из-задиффузии и дрейфа (в дрейфовых транзисторах) электроны движутся в сторонуколлекторного перехода, стремясь равномерно распределиться в толще базы. Таккак база имеет очень малую толщину и малое число дырок, большинстворазогнавшихся еще в эмиттере электронов не успевает рекомбинировать в базе, онидостигают коллекторного p-n-перехода, где для них, как для неосновныхносителей в области базы, обратное напряжение перехода не является барьером, иуже в коллекторе электроны попадают под притягивающее действие приложенноговнешнего напряжения, образуя во внешней цепи коллекторный ток IК.В результате рекомбинации части электронов с дырками базы образуется ток базы IБ,направленный в противоположную от коллектора сторону, и коллекторный тококазывается несколько меньше эмиттерного. Через коллектор также течет обратныйток неосновных носителей – дырок, вызванный обратным смещением коллекторногоперехода.Способывключения бипролярного транзистора
Биполярныйтранзистор, как управляемый прибор с тремя выводами, может быть описан двумясемействами вольтамперных характеристик (ВАХ): семейством входных ВАХ исемейством выходных ВАХ. Вид их определяется способом включения в схемутранзистора, а именно: какой из трех выводов является общим с источникамипитания и нагрузки.
Входными ВАХтранзистора являются зависимости входного тока транзистора от входногонапряжения при заданном постоянном напряжении на выходе:
/>
выходными ВАХявляются зависимости выходного тока от выходного напряжения при заданномпостоянном входном токе (или, реже, напряжении):
/>.
Возможны трисхемы включения (по числу выводов) биполярного транзистора: с общей базой (ОБ),общим эмиттером (ОЭ) и общим коллектором (ОК). На рис.3.4. представлены этисхемы включения транзистора вместе с полярностью источников питания, причемуказанная полярность обеспечивает активный режим. Напряжения обычноотсчитываются относительно общего вывода транзистора.
/>
Рис. 3.4.
Всправочниках обычно даются семейства ВАХ транзисторов, включенных по схеме ОБили ОЭ. Однако основные необходимые параметры транзистора можно рассчитать дляостальных схем включения, зная их для какой-либо одной.
Отметим, чтовключение транзистора, например, отличным от ОБ способом, не отражает никакихновых физических эффектов в транзисторе. Кроме того, при расчетах схем странзисторами на компьютерах с помощью моделирующих программ чаще всего вообщеникак не учитывается способ включения. Программы используют математическиемодели транзистора, являющиеся едиными для всех схем включения. Однако, анализхарактеристик и параметров различных схем включения часто облегчает пониманиепринципа работы схемы и получение некоторых предварительных результатов.