Усилительный каскад на биполярном транзисторе c общей базой

Цель работы: Исследование усилительных свойств биполярного транзистора с общей базой. Сравнительный анализ с каскадами ОЭ и ОК.

 

Краткие теоретические сведения.

В усилительном каскаде с общей базой (ОБ) общим (нулевым) электродом транзистора для переменных составляющих токов и напряжений является база, т.е. источник входного сигнала действует между эмиттером и базой, а нагрузка включается между коллектором и базой (см. рис.4.1).

Принципиальная схема каскада только для переменных составляющих токов и напряжений представлена на рис.4.2.

 

 

Для построения схемы замещения транзистора с ОБ можно использовать линейную модель в виде четырехполюсника с h_б -параметрами (если выполнены условия малости изменения переменных составляющих относительно рабочей точки). Система уравнений при этом имеет вид

(4.1)

На рис.4.3 показана схема замещения транзистора ОБ, позволяющая выразить h_б -параметры через h_э -параметры.

 

С помощью опытов холостого хода на входе (Di_э= 0) и короткого замыкания на выходе (Du_кэ= 0), получаются следующие соотношения:

 

,

,

h _21,б = h_{2 1,э} /(h _21,э +1) = a,

.

Из этих соотношений видно, что входное сопротивление транзистора ОБ в ~ β раз меньше входного сопротивления транзистора с ОЭ, а а выходное сопротивление, напротив, значительно больше. Параметр обратной связи еще меньше соответствующего параметра транзистора с ОЭ; коэффициент передачи по току равен α≈1, что позволяет называть транзистор с общей базой токовым повторителем. Благодаря высокому выходному сопротивлению и повторению входного тока транзистор с ОБ используют в схемах генераторов (источников) стабильного тока.

Эквивалентная схема усилителя с ОБ в области средних частот имеет вид, представленный на рис.4.4.

 

Учитывая неравенства h _11,б<< R _э, R _к<< h _22,б, получаем следующее выражение для коэффициента усиления по напряжению:

, (4.2)

 

где S - крутизна ДПХ транзистора с ОБ (и ОЭ) в рабочей точке. Фаза выходного напряжения здесь совпадает с фазой входного напряжения. Рабочая точка в этой схеме определяется теми же значениями токов и напряжений, что и в схеме с ОЭ, поскольку в обеих схемах входной переменной является напряжение промежутка эмиттер-база, а выходной - ток коллектора.

Входное сопротивление каскада с ОБ определяется параметром h _{11, б} , а выходное - сопротивлением R_к.

Что касается полосы частот усилителя, то она зависит от постоянных времени каскада в области низких и высоких частот. Поскольку входное сопротивление здесь меньше входного сопротивления каскада с ОЭ, то будет выше нижняя граничная частота. Верхняя граничная частота здесь примерно такая же, как в каскаде с ОЭ.

Предварительная подготовка к работе.

1. Нарисовать принципиальную схему каскада с ОБ.

2. Построить ДПХ каскада на транзисторе КТ315 для Е_к = 6,3 В, R_к =470 Ом, выбрать рабочую точку.

3. Определить коэффициенты передачи по напряжению и току.

4. Определить h_б -параметры транзистора с ОБ через известные h -параметры транзистора с ОЭ.

5. По эквивалентной схеме определить коэффициент усиления по напряжению и току, входное и выходное сопротивления транзистора и усилителя.

6. Рассчитать максимальную амплитуду входного сигнала U_m,вх,max с учетом добавочного сопротивления R_доб =510 Ом, включаемого последовательно с источником сигнала.

Выполнение работы.

1. Собрать схему рис.4.5

Рис.4.5

Параметры элементов схемы: транзистор КТ315, R_к = R ₄= 470 Ом, R _доб=510 Ом, С_р=0,068 мкФ взять из магазина емкостей стенда.

2. Снять ДПХ. Выбрать и установить рабочую точку транзистора для работы каскада в линейном режиме.

3. Подключить через разделительный конденсатор Ср=0,068 мкФ (взять из магазина емкостей) к входу каскада генератор Г6-46 в режиме гармонических колебаний с частотой 50 КГц и амплитудой U_m,вх £U_m,вх,max. Убедиться в том, что каскад работает в линейном режиме. Зарисовать осциллограммы входного напряжения, напряжения на промежутке эмиттер-база и выходного напряжения, отметив их амплитуды. Определить амплитуду коллекторного тока.

Определить собственный коэффициент передачи каскада по напряжению . По измеренным амплитудам рассчитать входное сопротивление каскада с ОБ.

4. Изменяя частоту входного сигнала снять и построить АЧХ каскада,, определить граничные частоты. Рассчитать входное сопротивление и выходную емкость схемы.

5. Оформит отчет.

Контрольные вопросы.

1. h -параметры транзистора с ОБ. Способы определения.

2. Как определяется рабочая точка каскада с ОБ? Какова связь ДПХ каскада с ОЭ и каскада с ОБ?

3. Основные параметры каскада с ОБ, их связь с аналогичными параметрами каскада с ОЭ.

4. Объяснить различия в полосах пропускания каскадов с ОБ и ОЭ.

5. Дать объяснения названиям каскаду с ОБ как токового повторителя.

6. Области применения каскада с ОБ.