Исследование усилительных каскадов

НА БИПОЛЯРНОМ ТРАНЗИСТОРЕ

Цель работы

Изучить свойства усилительного каскада при включении транзистора по схеме с общим эмиттером (ОЭ) и общим коллектором (ОК). Определить основные показатели каскада.

Содержание работы

1.1. Наладка режима работы усилительного каскада на БТ с помощью электронного осциллографа.

1.2. Исследование амплитудной и нагрузочной характеристик усилительного каскада с общим эмиттером (ОЭ), с общим коллектором (ОК). Определение показателей R _вх, U _вх, K_I.

Общая часть

Способ управления энергией, при котором путем затраты небольшого ее количества можно управлять энергией, во много раз большей, называется усилением. При этом необходимо, чтобы процесс управления являлся непрерывным, плавным и однозначным. Простейший усилитель – это усилительный каскад на одном транзисторе. Свойства такого каскада описываются целым рядом параметров и характеристик, которые зависят от схемы включения транзистора. Амплитудная характеристика – зависимость амплитудного значения выходного напряжения от амплитуды синусоидального входного сигнала: U _вых = f (U _вх).

Нагрузочная характеристика – зависимость выходного напряжения от сопротивления нагрузки R _н или тока I _н при определенном значении входного сигнала: U _вых = f (I _н). Входное сопротивление R _вх = для усилителя напряжения должно быть как можно больше. Коэффициент усиления по напряжению K_U = должен иметь определенное заданное значение. Коэффициент усиления по току K_I = характеризует нагрузочную способность усилительного каскада.

В схеме усилительного каскада с ОЭ (рис. 2.1) входной и выходной токи проходят через эмиттер.

U 4 = U вых

R 8

R 6

U 2 = + 12 В

 

VT 1

C 3

R 5

R 11

R 1

R 3

R 9

R 7

 

С 2 20,0

U вых

Δ U

U 3

Общ.

 

 

Рис. 2.1. Схема для исследования усилительного каскада ОЭ

 

Режим работы транзистора по постоянному току определяется выражением

U _к = U _н – I _н· R _н, (2.1)

а показатели каскада можно рассчитать по формулам:

, (2.2)

(2.3)

 

(2.4)

 

· (2.5)

 

R 11

R 9

C 3

C 2

R 6

R 5

C 1

R 1

R 3

U 2 = 12 В

Для схемы ОК (рис. 2.2) общим электродом для входной и выходной цепи является коллектор.

U вх

U 3

Рис. 2.2. Схема для исследования усилительного каскада ОК

 

Режим работы и показатели каскада определяются выражениями:

U _э = I _к R _э + I _б R _э » I _к R _э, (2.6)

 

(2.7)

 

, (2.8)

, (2.9)

где – эквивалентное сопротивление в цепи эмиттера.

Порядок проведения работы

3.1. Собрать на стенде и исследовать схему усилительного каскада ОЭ (рис. 2.1).

3.1.1. Произвести наладку режима работы транзистора, установив его рабочую точку. Для этого на вход усилителя подать от внутреннего генератора синусоидальное напряжение U ₃ частотой 1000 Гц (переключатель частоты в положении 6). Подключить осциллограф к выходу каскада и, увеличивая входной сигнал регулятором напряжения U ₃, получить ограничение формы выходного сигнала U _вых = U ₄. Установить такое сопротивление переменного резистора R ₅ в цепи смещения транзистора, при котором обеспечивается симметричное ограничение выходного сигнала.

3.1.2. Снять и построить амплитудную характеристику усилительного каскада ОЭ U _вых = f (U _вх) при частоте входного сигнала 1000 Гц для режима холостого хода (R _н = ∞) и заданного сопротивления нагрузки

R _н = R ₁₁ = 1 кОм (табл. 2.1).

Таблица 2.1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Резуль-таты изме-рения

U вх, мВ

Режим измерения

I вх, мкА

R н = ∞

U вых, В

I вх, мкА

R н = 1кОм

U вых, В

Резуль-таты расчета

Показатели

Режим измерения

Условные обозначения

Экспериментальные значения

Теоретические значения

R вх, кОм

R н = ∞

KU

KU

R н = 1кОм

KI

 

Переменные напряжения на входе U _вх и на выходе U _вых = U ₄ измерять внешним вольтметром относительно общего провода. Значения U _вх необходимо выбирать таким образом, чтобы 5 – 6 точек соответствовали линейной части характеристики, а 2 – 3 точки – области нелинейных искажений (в виде ограниченной амплитуды напряжения U _вых).

Одновременно измерять значения входного тока I _вх методом падения напряжения D U на резисторе R ₁ = 1 кОм, используя формулу

I _вх = (мкА), где D U –мВ.

Измерить и зарегистрировать постоянное напряжение U _к в рабочей точке транзистора.

3.1.3. По опытным данным рассчитать и занести в табл. 2.1 показатели усилительного каскада: R _вх =, K_U =, K_I = =.

 

3.1.4. Вычислить теоретическое значение показателей каскада: R _вх, K_U, K_I, используя выражения (2.2) – (2.4) при h ₁₁ = 1,5 кОм, b = 50.

3.2. Собрать на стенде и исследовать схему усилительного каскада ОК (рис. 2.2).

3.2.1. Снять и построить амплитудную характеристику каскада ОК для режима с нагрузкой R _н = 1 кОм по аналогии с п. 3.1.2. Результаты занести в табл. 2.2. Измерить постоянное рабочее напряжение U _э на эмиттере транзистора.

Таблица 2.2

 

Результаты измерения	U вх, мВ							Режим
I вх, мкА							R н = =1кОм
U вых, мВ
Результаты расчета	Показатели	Эксперим.	Теоретические
R вх, кОм
KU
KI

3.2.2. Рассчитать экспериментальные значения показателей усилительного каскада ОК по аналогии с п. 3.1.3.

3.2.3. Вычислить теоретическое значение показателей каскада: R _вх, K_U, K_I, используя выражения (2.7) – (2.9).

Содержание отчета

1. Амплитудные характеристики усилительных каскадов ОЭ и ОК – 2 шт.

2. Таблицы экспериментальных и расчетных данных – 2 шт.

3. Расчеты показателей усилительных каскадов: R _вх, K_U, K_I.

4. Экспериментальные схемы усилительных каскадов с ОЭ и ОК.

5. Контрольные вопросы

1. Чем отличаются схемы усилительных каскадов ОЭ и ОК?

2. Объяснить назначение всех элементов схемы.

3. Определить по опытным данным постоянный ток коллектора в рабочей точке транзистора для схемы ОЭ и ОК.

4. От чего зависит и как отличается R _вх в схемах ОЭ и ОК?

5. От чего зависят коэффициенты усиления K_U и K_I?

6. Как отличаются амплитудные характеристики схем ОЭ и ОК?

7. От чего зависят нелинейные искажения в каскаде?

8. Оценить сходимость теоретических и опытных значений коэффициента K_U для схемы ОЭ и ОК.

9. Как производится экспериментальная настройка режима работы усилительного каскада ОЭ?

10. Принцип эмиттерной стабилизации рабочего тока коллектора в усилительном каскаде.

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3