Исследование усилителя на биполярном транзисторе

 

Цель работы

 

Исследовать принцип работы усилителя на биполярном транзисторе (БТ) для схемы с ОЭ и влияние параметров биполярного транзистора и элементов схемы на параметры и частотные характеристики усилителя.

 

Подготовка к работе

 

2.1 Изучить следующие вопросы курса.

 

2.1.1 Принципиальная схема усилителя на БТ и назначение её элементов;

2.1.2 Параметры и характеристики усилителя;

2.1.3 Влияние элементов схемы на параметры и характеристики усилителя.

 

2.2 Ответить на следующие контрольные вопросы.

 

2.2.1 Привести схему усилителя при включении БТ с ОЭ. Пояснить назначение элементов. 

2.2.2 Перечислить и дать пояснение основным характеристикам и параметрам усилителя.

2.2.3 Как зависят параметры усилителя от параметров транзистора и других элементов схемы?

2.2.4 Привести примерный вид и объяснить какие факторы влияют на амплитудную и частотную характеристики усилителя.

 

Литература

 

1 Игнатов А.Н., Калинин С.В., Савиных В.Л. Основы электроники, - СибГУТИ, Новосибирск, 2005, стр. 86-89.

2 Алексенко А.Г., Шагурин Н.Н. Микросхемотехника, - М.: Высшая школа, 1991, стр. 378-381.

    3 Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроника. -М.: Высшая школа, 1991, стр. 215 - 225, 264 – 282.

    4 Войшвилло Г.В. Усилительные устройства.-М.: Радио и связь, 1983, стр. 64-81.

    5 Степаненко И.П. Основы микроэлектроники. -М: Лаборатория Базовых Знаний, 2001, с.336-347.

6 Савиных В.Л. Конспект лекций. Электронная версия. СибГУТИ. 2009

 

 

Задание на работу в лаборатории

В качестве активного элемента усилителя используется один из биполярных транзисторов структуры n - p - n (тип транзистора выбирается по указанию преподавателя из приложения А). Для расчета параметров усилителя необходимо определить h-параметры транзистора. Затем измеряются параметры усилителя и сравниваются расчетные и экспериментальные данные.

4.1 Записать тип БТ, который используется в исследуемом усилителе. 

4.2 Для измерения h-параметров транзистора собрать схему в соответствии с рисунком 1.

Рисунок 1 – Принципиальная схема для определения h-параметров

 

В цепь базы включены два источника тока: источник постоянного тока G1 и   переменного тока G2. Источник постоянного тока задает рабочую точку транзистора, а источник  G2 служит для измерения h -параметров. Вольтметр pV1 используется для определения переменного напряжения на базе БТ при расчете параметра h_11Э. Амперметр pA1 необходим для установки режима по постоянному току и определения переменного тока для расчета параметра h_21Э. В цепь коллектора включен источник питания G3  напряжением U_КЭ=15 В.

4.3 Установить частоту генератора G2 равной 1 кГц, а его ток равный нулю. Изменяя ток источника G1 подобрать такой постоянный ток базы I_Б0, чтобы постоянный ток коллектора транзистора составлял I_К0= 7-8 мА. Записать в таблицу 1 токи I_Б0 и I_К0.

4.4 Установить ток генератора G2 I_Б~ ≈ 0,2∙I_Б0  и вольтметром переменного тока pV1 измерить напряжения U_БЭ~. Перевести миллиамперметр рА1 в режим измерения переменного тока и измерить переменную составляющую тока коллектора I_К~. Рассчитать параметры h_11Э  и h_21Э. Входное сопротивление БТ равно . Коэффициент передачи по току равен 

. Результаты измерений и расчетов записать в таблицу 1.

 

Таблица 1

IБ0, мкА	IБ~, мкА	UБЭ~, мВ	IК0, мА	IК~, мА	h11Э,Ом	h21Э

4.5 Исследовать усилитель при включении транзистора по схеме с общим эмиттером. Для этого предварительно рассчитать коэффициент усиления K_U, входное и выходное сопротивления R_ВХ и R_ВЫХ, записать в таблицу 2.

 , , .

4.6 Собрать схему усилителя на биполярном транзисторе с общим эмиттером (рисунок 2). В качестве сопротивления R1 взять резистор с номиналом 100 кОм. Конденсаторы С2, С3 и резистор R3 не подключать.

Рисунок 2 – Принципиальная схема усилителя

 

4.7 Установить напряжение U_ВХ~ равным нулю. Подобрать величину сопротивления R1 в пределах 10 кОм – 5 МОм, (номиналы резисторов взять согласно ряда Е24, см. приложение Б) так чтобы постоянное напряжение на коллекторе транзистора составляло 7-8 вольт. Записать значение R1.

Переключить вольтметр с постоянного напряжения на режим измерения переменного напряжения.

4.8 Установить входное напряжение такой величины, чтобы переменное напряжение на выходе усилителя составляло 1,5-2,5 вольта. Записать U_ВХ~, I_ВХ~ и U_{ВЫХ 1~}. Определить коэффициент передачи усилителя по напряжению

 .                                                 

Входное сопротивление усилителя определяется аналогично параметру h_11Э по формуле                            ,                                               

Записать в таблицу 2 и сравнить с расчетными параметрами (п. 4.5).

 

Таблица 2

	Примеч	UВХ~, мВ	IВХ~ мкА	UВЫХ1~ мВ	UВЫХ2~ мВ	KU	RВХ , Ом	RВЫХ , Ом
Расч.	П. 4.5	-	-	-	-
Измер.	П. 4.8 и 4.9

 

    4.9 Подключить С3 и R3. Измерить U_{ВЫХ 2 ~} с нагрузкой (R_Н=R3) и определить , результат занести в таблицу 2.

4.10 Исследовать соотношение фаз входного и выходного сигналов. Для этого: отключить элементы С3 и R3. Входы осциллографа ²А² и ²В² подключить к точкам U_ВХ~ и U_ВЫХ~ усилителя. Зарисовать осциллограммы одна под другой. Обратить внимание на инверсию выходного сигнала относительно входного.

4.11 Снять АЧХ U_ВЫХ= F(f) на нижних частотах (НЧ) для двух значений С1 равных 10 мкФ и 1 мкФ. Для этого установить частоту генератора G1 равную 1 кГц и U_ВХ~ подобрать такой величины, что бы напряжение на выходе было равно U_ВЫХ~=1 - 2 В. Затем, изменяя частоту измерить U_ВЫХ. Результаты занести в таблицу 3.

Таблица 3 U_ВХ~=…   

Ср, мкФ	f, Гц	10	20	30	50	70	100	200	300	500	700	1000
	UВЫХ, В
10	Кн											К0
	Yн											1
	UВЫХ, В
1	Кн
	Yн

где К₀ = U_ВЫХ~ /U_ВХ~ - коэффициент усиления на частоте 1 кГц,

 К_Н- коэффициент усиления на нижних частотах,

 - относительный коэффициент усиления на НЧ.

4.12 Снять две АЧХ на высоких частотах (ВЧ). Одна при отключенной нагрузочной емкости С2. Вторая при подключенной ёмкости С2 непосредственно к коллектору БТ (С3 и R3 не подключать). Результаты измерений занести в таблицу 4. Частоты для измерений взять 1, 10, 20, 30, 50, 70, 100, 150, 200 кГц и т.д. до тех пор, пока коэффициент передачи не снизится в 2 раза.

Таблица 4 U_ВХ~=…, U_ВЫХ~=…   

Сн, нФ

f, МГц

0,001

UВЫХ, В

0

Кв

К0

Yв

1

UВЫХ, В

1

Кв

Yв

где К_В- коэффициент усиления на верхних частотах,

 - относительный коэффициент усиления на ВЧ.