Исследование усилителя с общим эмиттером

 

ЦЕЛИ РАБОТЫ

1. Изучить принцип работы усилителя по схеме с общим эмиттером.

2. Определить динамические параметры усилителя.

3. Построить ЛАЧХ усилителя в звуковом диапазоне частот (ЗЧ).

4. Сделать выводы о достоинствах и недостатках данной схемы.

КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Усилитель по схеме с общим эмиттером (ОЭ) предназначен для усиления по току и по напряжению. Усиление по току достигается тем, что входным током для этой схемы является ток базы I_Б, а выходным – ток коллектора I_К, который может превышать ток базы в десятки раз. Усиление по напряжению достигается за счет разности динамических входного R_ВХ и выходного R_ВЫХ сопротивлений этой схемы, которые могут различаться в несколько раз.

Отрицательная обратная связь (ООС) в схему с ОЭ вводится при помощи резистора в цепи эмиттера R_Э, передающего некоторую часть выходного напряжения обратно на вход. Введение ООС позволяет стабилизировать положение рабочей точки и существенно снизить нелинейные искажения, вносимые транзистором. При этом введение ООС снижает коэффициент усиления схемы по напряжению; иногда это снижение желательно, поскольку позволяет увеличить амплитуду входного напряжения.

ЛАЧХ усилителя имеет «завал» в области нижних чатот из-за разделительного конденсатора C_Р, включенного на входе схемы. Этот конденсатор необходим для отделения усилительного каскада по постоянному току, который протекает в нем для создания положения рабочей точки. Для снижения емкости разделительного конденсатора при его вычислении задаются следующим соотношением для его сопротивления на минимальной частоте спектра входного сигнала f_min:

На приктике это означает следующее соотношение:

Дальнейшее увеличение емкости разделительного конденсатора нежелательно, поскольку оно приводит к увеличению его габаритов, ухудшая габариты всего устройства.

ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

1. Для установления положения рабочей точки следует собрать схему, представленную на рис. 10.1. Задав резистор R₁ = 10 кОм, следует изменять сопротивление R₂ наблюдая за показаниями вольтметра pV0, пока напряжение на нем не достигнет величины 6 В.

2. Для рассчета емкости разделительного конденсатора С_Р1 для заданной преподавателем частоты f_min следует использовать формулу:

Величину R_ВХ для этой схемы можно взять равной прибилизительно 500 Ом (затем это значение будет уточнено с возможностью коррекции С_Р1).

3. Для рассчета емкости разделительного конденсатора С_Р2 для той же частоты f_min следует использовать формулу:

Величину R_ВЫХ можно взять равной прибилизительно 1 кОм (затем это значение будет уточнено с возможностью коррекции С_Р2).

Рис. 10.1 Схема для установления рабочей точки усилителя

4. Для проверки работы схемы на переменном токе следует выставить уровень входного напряжения так, чтобы осциллограмма выходного напряжения имела синусоидальную форму (см. рис. 10.2).

5. Для измерения динамического входного сопротивления R_ВХ следует использовать показания прибора pA1 (включенного в режиме «AC»); при этом величина R_ВХ определяется согласно закону Ома:

6. Для измерения выходного сопротивления следует построить внешнюю характеристику усилителя: изменяя сопротивление нагрузки, измерять соответствующие этим значениям токи нагрузки и напряжения на нагзуке, используя приборы pA2 и pV2 соответственно (также включенные в режиме «AC»). Результаты этих измерений следует занести в табл. 10.1.

Замечание: построение выходной характеристики производят до тех пор, пока напряжение на нагрузке не уменьшится на 30 %, по сравнению с напряжением в режиме холостого хода (при R_Н = 5 кОм).

7. Для измерения ЛАЧХ следует изменять частоту входного сигнала (при сопротивлении нагрузки, не менее 3 кОм), измеряя напряжение на входе и выходе усилителя. Затем, для каждой частоты необхоимо рассчитать уровень усиления (в децибелах) при помощи формулы:

Результаты этих измерений следует занести в табл. 10.2.

Рис. 10.2 Схема для исследования усилителя на переменном токе

 

Табл. 10.1 Данные для построения внешней характеристики UН(IН)
IН, мА
UН, B

 

Табл. 10.2 Данные для построения ЛАЧХ усилителя
f, гц	30	50	300	10^3	2∙10^3	5∙10^3	20∙10^3
UВХ, B
UВЫХ, B
К, дБ

РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Схема усилителя для постоянного тока.

2. Схема усилителя для переменного тока.

3. Внешняя характеристика усилителя U_Н(I_Н).

4. ЛАЧХ усилителя, построенная в логарифмическом масштабе.

5. Параметры усилителя R_ВХ и R_ВЫХ.

6. Выводы по работе.

ВЫВОДЫ

1. Динамические параметры усилителя могут быть определены экспериментально: входное сопротивление по входным току и напряжению, выходное – по данным внешней характеристики.

2. ЛАЧХ усилителя показывает, что на низких частотах коэффициент усиления по напряжению несколько снижается вследствие падения некоторой части входного напряжения на разделительном конденсаторе.

3. Достоинством данной схемы является возможность производить усиление сигнала по току и по напряжению; ее недостатком является небольшое входное сопротивление, не позволяющее подключать ее на входе устройства со значительным выходным сопротивлением, а также – большое выходное сопротивление, не позволяющее считать источником напряжения близким к идеальному.