Краткие теоретические сведения. Семейство выходных характеристик полевого транзистора в схеме с общим истоком

ИССЛЕДОВАНИЕ КАСКАДА УСИЛЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО СИГНАЛА НА БИПОЛЯРНОМ ТРАНЗИСТОРЕ

Лабораторная работа № 1

Семейство выходных характеристик полевого транзистора в схеме с общим истоком

Семейство передаточных характеристик полевого транзистора в схеме с общим истоком

Постоянный параметр	Измеряемые параметры	Показания приборов
UСИ =5 В	UЗИ, В
IC, мА
UСИ =10 В	UЗИ, В
IC, мА

Повторить предыдущий эксперимент для U_СИ =10 В, результаты свести в таблицу 4.1.

3. Измерить напряжения и токи выходных характеристик транзистора при фиксированных напряжениях U_ЗИ, результаты свести в таблицу 4.2.

Таблица 4.2

Постоянный параметр

Измеряемый параметр

Показания приборов

UСИ, В

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,7

UЗИ =0 В

IC, мА

UЗИ =0,4 В

IC, мА

UЗИ =0,8 В

IC, мА

UЗИ =1 В

IC, мА

Для этого установить с помощью источника напряжения «regU5_W» напряжение U_ЗИ =0, контролируя его по показаниям вольтметра V1. Регулируя напряжение U_СИ с помощью «regU10_Е» в диапазоне от нуля до 10 В соответственно таблице 4.2 (вольтметр V2) измерить ток стока I_C (амперметра А1). Повторить эксперимент для всех остальных фиксированных значений напряжений U_ЗИ, указанных в таблице 4.2.

4. По значениям таблицы 4.1 и таблицы 4.2 построить семейства характеристик транзистора.

5. По характеристикам транзистора определить его основные параметры: крутизну передаточной характеристики S, дифференциальное выходное сопротивление r_СИ, коэффициент усиления по напряжению K_U.

6. Записать выводы по работе.

4.3. Контрольные вопросы

1. Как устроен полевой транзистор с управляющим электронно-дырочным переходом, каков принцип его действия?

2. Почему исследованный транзистор называется полевым или униполярным?

3. Обосновать полярность подключения источников электроэнергии к полевому транзистору с управляющим электронно-дырочным переходом в зависимости от типа проводимости канала. Как будут выглядеть характеристики транзистора при смене полярности напряжения U_ЗИ, напряжения U_СИ, обоих напряжений сразу?

4. Объяснить форму характеристик полевого транзистора.

5. Назовите основные параметры полевого транзистора. От каких технологических особенностей транзистора зависит величина этих параметров?

(выполняется на лабораторном стенде)

Цель: исследование режимов работы и нелинейных искажений выходного сигнала усилительного каскада на биполярном транзисторе. Экспериментальное определение амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) каскада.

Каскад усиления переменного сигнала (рис. 1.1) содержит один биполярный транзистор, включённый по схеме с общим эмиттером и работающий в режиме A.

Каскад с ОС по току

ВЧ фильтр

Рис. 1.1. Схема исследования усилительного каскада.

Этот режим определяется положением точки покоя на нагрузочной характеристике транзистора (рис. 1.2). Так как транзистор является прибором с управляемой проводимостью, то нагрузочная характеристика представляет собой зависимость тока через транзистор I_к от напряжения на нём U_кэ при изменении его проводимости от 0 до ∞. Для каскада в целом различают режим покоя (входное напряжение u_вх = 0) и режим сигнала (u_вх ≠ 0). Режим A транзистора характеризуется тем, что точка покоя устанавливается примерно посередине нагрузочной характеристики так, чтобы происходило неискажённое усиление обеих полуволн переменного сигнала. В режиме покоя рабочая точка транзистора совпадает с точкой покоя, а в режиме сигнала перемещается по нагрузочной характеристике в зависимости от изменений входного сигнала транзистора Δ I_б. Причём в режиме сигнала нагрузочная характеристика изменяет свой наклон вследствие изменения сопротивления внешней цепи на переменном токе (рис. 1.2).

Сопротивление R53 ограничивает ток коллектора транзистора, вместе с которым образует делитель напряжения питания E_п, и может использоваться для регулирования точки покоя транзистора (U_кэп; I_кп).

Нагрузочная характеристика транзистора в режиме покоя описывается уравнением:

,

где R₌ = R53 + R59 – сопротивление внешней цепи на постоянном токе относительно выводов транзистора (коллектора и эмиттера).

I_б

I_к

U_бэ

U_кэ

E_п

2

1

U_кэп

I_кп

U_бэп

–Δ U_кэ

+Δ U_кэ

+Δ I_б

–Δ I_б

–Δ U_бэ

+Δ U_бэ

I_{б 1}

I_{б n}

. . . . . . .

+Δ I_к

–Δ I_к

Рис. 1.2. Нагрузочные характеристики (1 - на постоянном токе, 2 - на переменном токе) и точка покоя биполярного транзистора в режиме A.

В режиме сигнала точка покоя является режимом холостого хода (отсечки) транзистора на переменном токе, а наклон характеристики определится сопротивлением внешней цепи на переменном токе относительно выводов транзистора:

,

где с пренебрежением малыми ёмкостными сопротивлениями конденсаторов C17 и C23.

Сопротивления R52 и R58 образуют делитель напряжения питания E_п и подбираются так, чтобы обеспечить точку покоя на входных характеристиках транзистора (U_бэп; I_бп). Конденсаторы C17 и C20 являются фильтрами верхних частот и предотвращают проникновение постоянной составляющей тока в цепь соответственно нагрузки R51 и источника сигнала u_вх. Их ёмкости подбираются достаточно большими, чтобы обеспечить минимальное сопротивление переменному току в области рабочих частот.

Элементы R59 и C23 образуют цепь последовательной обратной связи по постоянному току и служат для температурной стабилизации режима покоя. Их функционирование подробнее исследуется в лабораторной работе 2. Отсутствие обратной связи и подключение эмиттера непосредственно к общей точке принципиально не влияет на работу каскада.

Коэффициент усиления каскада по напряжению приближённо можно определить по нагрузочной характеристике транзистора в режиме сигнала, определив приращение выходного напряжения Δ U_кэ и соответствующее ему приращение входного напряжения Δ U_бэ, либо через h -параметры транзистора, определённые в окрестности точки покоя:

.

Дата добавления: 2015-05-06