Дослідження схем зміщення і термостабілізації режимів роботи підсилювальних каскадів

 

Мета роботи – дослідити схеми зміщення і впливу місцевого зворотного зв’язку на параметри підсилювальних каскадів під час зміни температурного режиму їх роботи.

 

Короткі теоретичні відомості

 

Транзистори є напівпровідниковими електронними приладами і вони не здатні забезпечувати підсилення двополярних сигналів. Для надання такої здатності в коло бази транзисторів уводять допоміжну постійну напругу зміщення бази Е _б. Полярність джерела Е _б відносно емітера є такою ж, як і полярність джерела колекторного живлення Е _к. Роль напруги зміщення бази, або просто зміщення, ілюструється на рис.2.1, де графіки колекторного струму 1 і 2 відображають форму струму за відсутності та наявності зміщення Е _б.

З рисунку видно, що за однієї й тієї самої напруги вхідного сигналу u _вх форма колекторного струму і _к значно відрізняється від форми u _вх за відсутності зміщення (крива 1, Е _б = 0) і повторює форму u _вх за наявності зміщення (крива 2, Е _б ¹ 0).

 

Рис.2.1

 

Точку А на динамічній крізній характеристиці транзистора з координатами (Е _б, І _к0 ) називають робочою точкою транзистора. Для того, щоб форма колекторного струму (точніше, форма змінної складової струму і _к) повторювала форму вхідного сигналу u _вх, необхідно величину напруги зміщення Е _б0 вибирати таким чином, щоб робоча точка транзистора розташовувалась усередині лінійної ділянки БВ крізної характеристики (рис.2.1, точка А ₂). Положенням робочої точки А ₂ (точніше, її координатами Е _б, І _к0) визначається режим роботи, або режим спокою, транзистора. Для забезпечення потрібного режиму спокою транзистора призначені кола зміщення. Найбільш поширеними є схеми кіл зміщення з фіксованим струмом бази (рис.2.2, а) і з фіксованою напругою база – емітер (рис.2.2, б).

Схеми зміщення не можуть забезпечити стабільного режиму спокою транзистора при зміні його температури, наприклад, за рахунок розігріву транзистора струмом І _к0. Тому в підсилювальних каскадах застосовують кола термостабілізації режиму роботи транзистора. Основними схемами таких кіл є схеми емітерної та колекторної стабілізації. Схему каскаду з колом емітерної стабілізації наведено на рис.2.2, в. В цій схемі елементом емітерної стабілізації є резистор R _е. На цьому резисторі за рахунок протікання струму І _к0 утворюється падіння напруги U _Re0, протиполярне падінню напруги на резисторі R ₂. Тоді напруга зміщення U _бе0 між базою й емітером транзистора дорівнює:

 

U _бе0 = U _R2 – U _Re0.

 

У разі збільшення струму спокою транзистора І _к0 за рахунок підвищення температури збільшується величина U _Re0, а величина напруги зміщення U _бе0 зменшується, що протидіє збільшенню струму І _к0. Проте при подачі на вхід каскаду змінної напруги сигналу на резисторі R _е утворюється напруга негативного зворотного зв’язку, що призводить до зменшення коефіцієнта підсилення каскаду. Для усунення цього зворотного зв’язку паралельно R _е вмикають конденсатор С _е, ємність якого вибирають таким чином, щоб реактивний опір конденсатора на найнижчій частоті сигналу був би набагато меншим опору резистора R _е.

Схему каскаду з колом колекторної стабілізації наведено на рис.2.2, г. У режимі спокою U _ке0 = Е _к – І _к0 R _к; U _бе0 = U _ке0 – І _б0 R _б. При збільшенні температури транзистора збільшується величина струму колектора І _к0 і зменшується напруга на колекторі транзистора U _ке0. Це призводить до зменшення U _бе0 і зменшення величини струму І _к0.

У підсилювальних каскадах використовуються також комбіновані схеми термостабілізації, коли в каскаді вмикаються кола емітерної та колекторної стабілізації.

 

Схема лабораторного модуля

 

Електричну принципову схему лабораторного модуля для дослідження схем зміщення і термостабілізації наведено на рис.2.3. За допомогою перемикачів SА1...SА4 створюються різні схеми подачі зміщення та термостабілізації. Вмонтований в модуль міліамперметр служить для вимірювання величини колекторного струму. Натисканням кнопки SВ1 здійснюється підігрів транзистора VT1. Підігрів слід проводити до відхилення стрілки міліамперметра на 5 – 10 поділок. Інші вимірювальні прилади і порядок увімкнення модуля такі самі, як і в лабораторній роботі 1.

 

Рис.2.2

 

Порядок виконання роботи

 

1. Дослідити схеми зміщення і стабілізації режиму роботи транзистора за нормальної температури.

1.1. З’єднати вихід генератора гармонічної напруги з гніздом ХS1 модуля 4, встановивши попередньо частоту сигналу 1000 Гц і величину напруги 10 мВеф.

1.2. З’єднати вхід осцилографа з гніздом ХS3.

1.3. За допомогою перемикачів SА1...SА4 зібрати схему підсилювального каскаду зі зміщенням фіксованим струмом бази (рис.2.2, а).

1.4. Увімкнути живлення стенду і модуля 4.

1.5. Проконтролювати за допомогою осцилографа наявність на виході каскаду підсиленого неспотвореного сигналу. Якщо вихідний сигнал спотворений, слід зменшити рівень вхідного сигналу до зникнення спотворень.

1.6. Виміряти зовнішнім вольтметром ефективних значень величину напруги в точках: ХS2 – напруга на вході підсилювального каскаду U _1еф; ХS3 – напруга на виході каскаду U _2еф. Виміряти величину струму колектора транзистора VT1 вмонтованим міліамперметром РА1.

Виміряти за допомогою осцилографа величину постійної напруги в точках: ХS2 – напруга зміщення на базі транзистора U _б; ХS4 – напруга на емітері транзистора U _е.

1.7. Зібрати схему підсилювального каскаду з фіксованою напругою зміщення база – емітер (рис.2.2, б) за допомогою перемикачів SА1...SА4.

1.8. Виконати пп. 1.4...1.6.

1.9. Зібрати схему підсилювального каскаду з емітерною стабілізацією робочої точки (рис.2.2, в) за допомогою перемикачів SА1...SА4.

1.10. Виконати пп. 1.4...1.6.

1.11. Зібрати схему підсилювального каскаду з колекторною стабілізацією робочої точки (рис.2.2, г) за допомогою перемикачів SА1...SА4.

1.12. Виконати пп. 1.4...1.6.

1.13. За допомогою перемикачів SА1...SА4 зібрати схему підсилювального каскаду з комбінованою стабілізацією робочої точки.

1.14. Виконати пп. 1.4...1.6.

2. Дослідити схеми зміщення та стабілізації режиму роботи транзистора при зміні температури.

2.1. Зібрати схему підсилювального каскаду зі зміщенням фіксованим струмом бази (рис.2.2, а).

2.2. Провести нагрівання транзистора натисканням на кнопку SВ1. Нагрівання проводити до відхилення стрілки міліамперметра РА1 на 5 – 10 поділок.

2.3. Виконати пп. 1.6...1.14. Вимірювання проводити швидко, щоб транзистор не встигав охолонути.

2.4. Вимкнути живленная модуля й усього стенду.

 

 

Рис.2.3

 

3. Для кожної схеми за результатами досліджень, отриманими в пп.1,2, обчислити:

3 коефіцієнт підсилення каскаду за напругою;

4 величину напруги U _бе;

5 коефіцієнт температурної стабілізації:

 

δ = ,

де та – величини струмів колектора до і після нагрівання транзистора.

Отримані результати обчислень занести в табл.2.1.

 

Таблиця 2.1

 

Пара метр	Схема 1	Схема 2	Схема 3	Схема 4	Схема 5
до на– грі– вання	після на– грі– вання	до на– грі– вання	після на– грі– вання	до на– грі– вання	після на– грі– вання	до на– грі– вання	після на– грі– вання	до на– грі– вання	після на– грі– вання
І к
U б
U е
U бе
U 2
Ku
d

Зміст звіту

 

Звіт повинен містити:

1. Принципові електричні схеми досліджуваних каскадів.

2. Результати вимірювань і розрахунків, зведені у табл.2.1.

3. Висновки за результатами роботи.

 

Література: [1]; [2, с.195 – 197]; [4, с.176 – 191]; [6, с.243 – 250].

Питання для самоперевірки

 

1. Чим зумовлена необхідність подавання напруги зміщення на базу транзистора?

2. Дайте порівняльну характеристику схем зміщення з фіксованим струмом бази і фіксованою напругою база – емітер.

3. Поясніть принцип дії і дайте порівняльну характеристику схем емітерної і колекторної стабілізації робочої точки транзистора.

4. Яким чином проводиться вибір резисторів у схемах зміщення і термостабілізації?

5. З яких міркувань вибираються ємності розділяючих і блокуючих конденсаторів?

 

 

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА 3