Задания на теоретические расчеты

2.1. Ознакомиться со схемами включения биполярного транзистора, с методикой исследования и снятия статических вольт-амперных характеристик с ОБ и ОЭ

2.2. Рассчитать по формуле (15) и построить нагрузочную характеристику I_к= ¦₃ (U_кэ) биполярного транзистора для следующих исходных данных R_к=1кОм, 3кОм; Е_к=10B;

Задания на экспериментальное исследование

ЗАДАНИЕ. 1 ИССЛЕДОВАНИЕ СТАТИЧЕСКИХ ВОЛЬТАМПЕРНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК (ВАХ) ТРАНЗИСТОРА, ВКЛЮЧЕННОГО ПО СХЕМЕ С ОЭ (С ПОМОЩЬЮ АМПЕРМЕТРА-ВОЛЬМЕТРА).

1. Снять входную ВАХ –I_б=F(U_бэ)|_Uкэ=const. Собрать схему (рис.3). Данные занести в таблицу аналогичную табл.1. Измерения проводить при Iб=0; 0.01; 0.05; 0.1мА, при Uкэ=0 и +15В.

По результатам измерений построить графики.

2. Снять семейство выходных ВАХ – I_к=F(U_кэ)|_Iб=const. Данные занести в таблицу аналогичную табл.2.

	Рис.3

Таблица 2.

Uкб (В), V2	-0.5
Iэ=0мА, А1	Iк (мА), А2
Iэ=2мА, А1	Iк (мА), А2
Iэ=4мА, А1	Iк (мА), А2
Iэ=8мА, А1	Iк (мА), А2

По результатам измерений построить графики семейства выходных ВАХ.

ЗАДАНИЕ 2 ИССЛЕДОВАНИЕ СТАТИЧЕСКИХ ВОЛЬТАМПЕРНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК (ВАХ) ТРАНЗИСТОРА, ВКЛЮЧЕННОГО ПО СХЕМЕ С ОЭ (С ПОМОЩЬЮ ОСЦИЛЛОГРАФА).

1 Снять входную ВАХ – I_б=F(U_бэ)|_Uкэ=const. Собрать схему (рис.4). Получить на экране изображение ВАХ, удобное для снятия показаний. Данные занести в таблицу аналогичную табл.2 или просто убедиться в их соответствие.

Рис.4

2. Снять семейство выходных ВАХ – I_к=F(U_кэ)|_Iб=const. Собрать схему 5. Получить на экране изображение ВАХ, удобное для снятия показаний. Данные занести в таблицу аналогичную табл.2 и убедиться в их соответствие.

Рис.5
4. Отчет

Отчет должен содержать:

1. Название работы, фамилию и. о. студента и номер группы.

2. Схемы для исследования вольт–амперных характеристик ОБ и ОЭ.

3. Таблица с результатами измерений и графики вольт–амперных характеристик.

4. Вычисленные значения h-параметров транзистора.

5. Контрольные вопросы

1. Схема и методика снятия статических характеристик транзистора для схемы ОБ.

2. Входные и выходные характеристики транзистора, включенные по схеме с ОБ.

3. Схема и методика исследования вольт-амперных характеристик транзистора для схемы ОЭ.

4. Входные и выходные характеристики для схемы включения с ОЭ.

Литература

1. Немцов, М. В., М. Л. Немцова.Электротехника и электроника: учебник для среднего профессионального образования по техническим специальностям /- 6-е изд., стер. – Москва: Академия, 2013.
2. Синдеев Ю.Г. Электротехника с основами электроники: Учебное пособие для колледжей. – Ростов – на – Дону: Феникс, 2012. – 407с.

 

Лабораторная работа № 9-10

Тема: ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЗИСТИВНОГО УСИЛИТЕЛЯ НИЗКОЙ ЧАСТОТЫ.

Цель: Экспериментальное исследование резистивного усилителя низкой частоты.

Теоретическая часть

Резистивный усилитель – это усилитель, у которого в качестве нагрузки используются резисторы. Так как в этом усилителе из-за от­сутствия катушек индуктивности (индуктивностью выводов элемен­тов пренебрегаем) не возникает колебательных процессов, то резистивный усилитель часто называют апериодическим усилителем. Резисторы в резистивном усилителе используются в качестве внут­ренней и внешней нагрузки.

Схема однокаскадного резистивного усилителя с общим эмиттером (рисунок) при прочих равных условиях дает наибольший коэффициент уси­ления по мощности. В качестве внутренней и внешней нагрузки ис­пользуются резисторы R_K и R_H соответственно. Внешний нагрузочный резистор может отсутствовать, если в качестве внутренней коллек­торной нагрузки включены громкоговоритель, реле, линия связи и т.п. Назначение конденсаторов разделение и блокировка

От простейшей схемы усилителя с ОЭ схему отличают две особенности:

первая – использование вместо источника смещения (Е_БЭ) резистивного делителя напряжения, состоящего из резисторов R₁ и R₂. Делитель используется для экономии – не требуется дополнительного относительно сложного и доро­гостоящего источника питания. Сопротивления резисторов делителя подбирают так, чтобы на базу относительно эмиттера поступала толь­ко часть напряжения питания, равная открывающему напряжению Е_БЭ = 0,5…0,8 В. В простейших схемах резистор R₂ исключают и ус­танавливают открывающее напряжение с помощью одного резистора R₁;

вторая – использова­ние резистора R_Э. Сопротивление этого резистора равно R_Э = 0,1…1 кОм. Его назначение – обеспечить температурную стаби­лизацию параметров каскада. Стабилизация возникает благодаря воз­никающей отрицательной обратной связи, свойства которой будем рассматривать далее.

Работа резистивного усилителя при подаче на вход гармоническо­го сигнала иллюстрируется диаграммой токов и напряжений (рис.). На рис. а приведена передаточная характе­ристика транзистора. Это зависимость выходного тока коллектора от управляющего напряжения между базой и эмиттером. На характери­стике показана рабочая точка, соответствующая открывающему на­пряжению E_БЭ = 0,5…,8 В и постоянному току коллектора I_КО (для маломощных транзисторов I_КО = 0,1…10 мА).

На рис. в) приведена зависимость от времени напряжения на базе транзистора, равного сумме напряжения смещения (Е_БЭ) и входного переменного сигнала. Амплитуда переменного сигнала для обеспечения линейного режима работы усилителя не должна превышать 0,1 В. Зависимость тока коллектора от времени, показана на рис. б). График получен на основе кривых рис. а) и рис. в). Порядок построения показан стрелками и штриховыми линиями.

Как видим, при увеличении входного напряжения увеличивается ток коллектора транзистора (см. схему). Переменная составляющая этого тока, протекая по резисторам R_К и R_Н создает на коллекторе транзистора переменное напряжение (рис. г). Отметим, что при увеличении тока коллектора напряжение на коллекторе уменьшается, так как увеличивается падение напряжения на резисторах R_К и R_Н – так возникает дополнительный фазовый сдвиг между входным и вы­ходным напряжениями, равный 180°.

Напряжение на выходе усилите­ля, возникающее на резисторе R_Н будет содержать только перемен­ную составляющую. Постоянное напряжение на коллекторе транзистора, равное U_КО = Е_П – R_КI_КО отделено от резистора R_Н выход­ным разделительным конденсатором.

Показатели резистивного усилителя легко получить, используя ра­нее полученные формулы. Входная проводимость резистивного уси­лителя с учетом резистивного делителя равна:

Выходное сопротивление равно:

.

При коэффициент усиления усилителя равен:

Например, если крутизна мало­мощного транзистора S = 20 мА/В, а сопротивление нагрузки R_H = 0,5 кОм, то модуль коэффициента усиления по напряжению резистивного усилителя равен К₀ = 10.

Отметим, что эти показатели получены на так называемых средних частотах входного сигнала, когда со­противления разделительных и блокировочных конденсаторов пре­небрежимо малы, а инерционность транзистора и его паразитные ем­кости не учитываются. Область средних частот (СЧ) показана на амплитудно-частотной характеристике (АЧХ) резистивного усилителя (рис.).

В области низких частот (НЧ) коэффициент усиления уси­лителя уменьшается из-за увеличения емкостных сопротивлений раз­делительных конденсаторов. На нулевой частоте сопротивление раз­делительных конденсаторов равно бесконечности, и коэффициент усиления усилителя равен нулю. С уменьшением частоты увеличива­ются также сопротивления блокировочных конденсаторов. Как прави­ло, это тоже приводит к уменьшению усиления усилителя.

На высоких частотах (ВЧ) начинают сказываться инерци­онность транзистора, емкости его переходов, а также паразитные ем­кости монтажа, возникающие между выводами радиоэлементов и корпусом устройства. Указанные емкости невелики. Однако с ростом частоты сопротивление внутренних емкостей транзистора и паразитных

емкостей монтажа уменьшается, и в пределе, при f ® ¥, выводы транзистора по переменному напряжению оказываются закороченными, а выводы радиоэлементов – соединенными с корпусом. Поэтому коэффициент усиления усилителя с ростом частоты уменьшается в пределе до нуля.

Для описания частотных свойств резистивного усилителя вводятся две граничные частоты: f_НЧ и f_ВЧ – граничные частоты для областей низких и высоких частот соответственно (рис. АЧХ). Как правило, они определяются при условии равенства 0,707 от значения коэффициента усиления усилителя в области средних частот. Например, для телефонных кана­лов связи эти частоты обычно равны:

f_НЧ = 300 Гц; f_ВЧ = 3400 Гц.

Все усилители для телефонной линии должны обеспечивать усиление в указанном диапазоне частот. В противном случае ухудшится качество связи, и, например, будет плохо работать модем компьютера.

 

Задание и порядок выполнения работы:

 

1.Приступая к выполнению данной лабораторной работы необходимо запустить программу ELECTRONICS WORKBENCH. После запуска она будет выглядеть следующим образом

 

 

 

 

2.Для работы необходимо загрузить схему исследования. При нажатии кнопки открывается окно в котором курсором необходимо пометить файл <Резистивный усилитель низкой частоты на дискретных элементах.ewb> и нажать кнопку Открыть. Появится схема изображенная выше

3.Чтобы схема начала функционировать, необходимо нажать кнопку в верхнем правом углу .

 

4. Определите какого типа и по какой схеме работает транзистор (с ОБ, ОЭ, ОК) в исследуемом усилителе. Подайте на вход усилителя с блока ПГС напряжение синусоидальной формы частотой 1000 Гц и, изменяя величину сопротивления резистора, регулирующего значение выходного напряжения Uвых, добейтесь усиления сигнала;

5.Изменяя входной сигнал от 0, снимите амплитудную характеристику усилителя Uвых= f(Uвх) на частоте входного сигнала 1000 Гц; Исследуйте работу схемы при различных значениях: напряжения входного сигнала Uвх и частоты входного сигнала, проанализируйте полученные результаты, анализ и выводы внесите в отчет по лабораторной работе.

6.По данным измерений постройте характеристику Uвых= f(Uвх) и вольт-амперную характеристику.

7. Анализ, выводы по результатам проведенной самостоятельно лабораторной работы являются защитой работы.

Контрольные вопросы:

1. Принцип работы резистивного усилителя.

2. Функции конденсатора в схеме усилителя.

 

Содержание отчета:

1. Тема
2. Цель
3. Схема
4. Ход работы
5. Характеристики
6. Анализ и выводы по результатам исследования работы резистивного усилителя низкой частоты.

 

Литература

1. Немцов, М. В., М. Л. Немцова.Электротехника и электроника: учебник для среднего профессионального образования по техническим специальностям /- 6-е изд., стер. – Москва: Академия, 2013.
2. Синдеев Ю.Г. Электротехника с основами электроники: Учебное пособие для колледжей. – Ростов – на – Дону: Феникс, 2012. – 407с.