Исследование rс-усилителя на биполярном р-п-р транзисторе, как основного усилителя систем управления, судовым оборудованием

Цель работы: ознакомиться с основными параметрами и характеристиками RC- усилителя и эмиттерного повторителя, выяснить влияние элементов схемы на работу усилителя.

[1, с.221-239]; [5, c.30-43, c.78-88].

 

Лабораторные схемы

Исследование RC–усилителя и эмиттерного повторителя проводится с помощью лабораторного стенда, принципиальная схема которого приведена на рис.5.1.

Чтобы собрать схему RC-усилителя на биполярном p-n-р транзисторе (схема усилителя с автоматическим смещением) (рис.5.2) необходимо соединить между собой точки 1, а также точки 4. К точке К4 присоединить вход 2 осциллографа для наблюдения выходного сигнала, а к точке К1 присоединить выход генератора гармонических колебаний и вход 1 осциллографа для наблюдения входного сигнала. Земляной провод осциллографа и генератора присоединить к точкам К6, К3. Подключить стенд к блоку питания с напряжением 10…12 В.

Резисторы R2, R3 базового делителя обеспечивают необходимое смещение на базе транзистора. Резистор R5 задает ток покоя транзистора и обеспечивает его стабилизацию вследствие отрицательной обратной связи по постоянному току. Резистор R4 является сопротивлением коллекторной нагрузки. Конденсаторы С1 и С5 разделяют цепи постоянного и переменного тока, что обеспечивает независимость каскада усиления от других каскадов. Конденсатор С3 шунтирует резистор R5 по переменному току, что обеспечивает отсутствие отрицательной обратной связи по переменному току.

Чтобы собрать схему эмиттерного повторителя на биполярном p-n-р транзисторе (рис.5.3) необходимо соединить между собой точки 1, а также точки 6. К точке К5 присоединить вход 2 осциллографа для наблюдения выходного сигнала, а к точке К1 присоединить выход генератора гармонических колебаний и вход 1 осциллографа для наблюдения входного сигнала. Земляной провод осциллографа и генератора присоединить то точек К6, К3. Подключить стенд к блоку питания с напряжением 10…12 В.

Резисторы R2, R3 базового делителя обеспечивают необходимое смещение на базе транзистора. Резистор R5 является сопротивлением эмиттерной нагрузки и обеспечивает стабилизацию каскада вследствие отрицательной обратной связи по постоянному току. Конденсаторы С1 и С6 разделяют цепи постоянного и переменного тока, что обеспечивает независимость каскада от других.

 

Домашнее задание

1. Изучить работу RC– усилителя и эмиттерного повторителя.

2. Подготовить протокол к лабораторной работе. Начертить три принципиальные схемы: усилителя, эмиттерного повторителя и лабораторного стенда.

3. Исходя из известных номиналов лабораторной работы рассчитать: ток базового делителя (током через базу пренебречь); коллекторный ток транзистора I_К ( допуская, что І_К=І_Е, а U_ВЕ= 0,5 В); напряжение на эмиттере U_Е.

Покажите на схеме усилителя (рис.5.2) указанные токи и напряжения.

Задание к лабораторной работе

1. Собрать схему RC-усилителя (рис.5.2).

2. Определить режим работы RC-усилителя по постоянному току.

Для чего необходимо измерить вольтметром напряжения: U_ПИТ,U_B,U_K,U_E. Исходя из известных номиналов лабораторной работы рассчитать: ток базового делителя (током сквозь базу пренебречь); коллекторный ток транзистора I _К ( допуская, что І_К=І_Е); напряжение смещения на базе относительно эмиттера U_BЕ.

3. Показать на схеме усилителя (рис.5.2) указанные токи и напряжения.

4. Определить коэффициент усиления усилителя на частоте 1 кГц по напряжению.

Для этого необходимо подключить к гнезду К1 генератор синусоидальных сигналов частотой 1 кГц, и двойной амплитудой приблизительно 40 мВ. Изменяя генератором амплитуду входного сигнала, установить ее такой, чтобы выходной сигнал не имел заметных нелинейных искажений. Осциллографом измерьте напряжение в точках К1 и К4. Тогда коэффициент усиления по напряжению равняется

; (5.1)

где U_ВЫХ, U_BX – выходное и входное напряжения, замеренные в точках К4 и К1, соответственно.

Коэффициенты усиления привести также в дБ

(5.2)

5. С помощью двулучевого осциллографа изобразите в одном временном масштабе входную и выходную осциллограммы для частоты 1 кГц. Обозначьте масштабы осциллограмм. Убедитесь, что RC-усилитель инвертирует фазу сигнала.

6. Измерить динамический диапазон работы усилителя.

Для этого необходимо подать на вход усилителя сигнал с частотой 1 кГц. Уменьшить напряжение генератора до 0 и замерить двойную амплитуду выходного сигнала в точке К4 (напряжение собственных шумов усилителя). Увеличивая амплитуду сигнала на входе усилителя замерить двойную амплитуду выходного сигнала в точке К4, при которой возникнут нелинейные искажения сигнала. Рассчитайте динамический диапазон исходного сигнала из

, [дБ] (5.3)

7. Измерить амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) усилителя.

Для чего, поддерживая постоянной двойную амплитуду входного сигнала на уровне 40 мВ, изменять частоту входного сигнала от 50 Гц до 1 МГц. При этом замерять двойную амплитуду выходного сигнала при 50 Гц, 100 Гц, 500 Гц, 1 кГц, 5 кГц, 50 к Гц и т.д. до 1 МГц. Результаты занести в таблицу 5.1.

Построить АЧХ в логарифмическом масштабе от частоты (см. рис.5.6 б). Определить полосу пропускания RC–усилителя по уровню – 3 дБ.

 

Таблица 5.1 - Амплитудно – частотная характеристика

Частота, Гц
UBX,, мВ
UBЫX,, В
КU, дБ

 

8. Собрать схему эмиттерного повторителя (рис.5.3).

9. Измерить коэффициент передачи эмиттерного повторителя.

Для этого необходимо подключить к гнезду К1 генератор синусоидальных сигналов частотой 1 кГц, и амплитудой приблизительно 50 мВ. Осциллографом измерить напряжение в точках К1 и К5. Найти коэффициент передачи повторителя по напряжению К_U, согласно (5.1). Убедитесь, что он приблизительно равняется 1.

10. С помощью двулучевого осциллографа изобразите в одном временном масштабе входную и выходную осциллограммы для частоты 1 кГц. Убедитесь, что эмиттерный повторитель не инвертирует фазу сигнала.

Контрольные вопросы

1. Объясните назначение элементов схемы RC–усилителя.

2. Начертите принципиальные схемы RC–усилителя и повторителя напряжения.

3. Какая особенность эмиттерного повторителя?

4. Какие элементы схемы влияют на АЧХ в области низких частот?

5. Объясните причины частотных искажений в области высоких частот.

6. Что такое динамический диапазон усилителя и как он определяется?

7. Как определить режим транзистора RC – усилителя по постоянному току?

8. Как определяется полоса пропускания усилителя?

9. Что такое нагрузочная прямая усилителя?

10. Чем определяется коэффициент усиления и входное сопротивление RC-усилителя?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6