Указание к составлению отчета

Задание на работу в лаборатории

Литература

Подготовка к работе

Цель работы

Исследование усилителя на биполярном транзисторе

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.

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.

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

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

UВЫХ, В

Кн

К0

Yн

UВЫХ, В

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

Кв

К0

Yв

UВЫХ, В

Кв

Yв

где К_В- коэффициент усиления на верхних частотах,

- относительный коэффициент усиления на ВЧ.

5.1 Указать тип БТ, используемый в исследуемом усилителе.

5.2 Привести схемы исследования, таблицы с результатами измерений, осциллограммы сигналов на входе и выходе.

5.3 На одном графике построить АЧХ, Y= F(f), полученные в п.п. 4.10 и 4.11, откладывая частоту в логарифмическом масштабе. Примерный вид АЧХ дан в приложении Г.

Приложение А

Таблица А1- Варианты заданий.

№ вар
Тип БТ	KT 315B	KT 315D	KT 315E	KT 315G	KT 315I
№ вар
Тип БТ	KT 315V	KT 315Z	KT316A	KT316B	KT316D
№ вар
Тип БТ	KT316G	KT316V	KT355A	KT368A	KT368B

Приложение Б

Таблица Б2-Ряд Е24.

	1,1	1,2	1,3	1,5	1,6	1,8	2,0	2,2	2,4	2,7	3,0
3,3	3,6	3,9	4,3	4,7	5,1	5,6	6,2	6,8	7,5	8,2	9,1

Другие номиналы резисторов получаются умножением выше приведенных номиналов на 10ⁿ, где n – целое положительное или отрицательное число.

Приложение В

Выходное сопротивление определяется следующим методом. Из эквивалентной схемы выходной цепи усилителя, представленной

на рисунке 3, запишем . Поскольку

получим . Из этого уравнения находим

.

Рисунок 3 - Эквивалентная схема выходной цепи усилителя

Поскольку без нагрузки Е = U_{ВЫХ 1~}. Окончательно запишем

,

где U_{ВЫХ 2} напряжение на выходе усилителя при включенном резисторе R3.

Приложение Г

Рисунок 4- АЧХ усилителя.

Дата добавления: 2015-05-06