Нижний Новгород

Паничкин В.В.

БездушныйД.И.

Курса ФАЭ группы 10-ээс-2

По лабораторной работе №3

Отчет

«Работа транзисторного каскада в режиме малого сигнала»

Выполнили студенты

Проверила: Михайличенко Е.А.

Цель работы

1. Исследование коэффициента усиления по напряжению в усилителях с общим эмиттером и общим коллектором.

2. Определение фазового сдвига сигналов в усилителях.

3. Измерение входного сопротивления усилителей.

4. Исследование влияния входного сопротивления усилителя на коэффициент усиления по на­пряжению.

5. Измерение выходного сопротивления усилителей.

6. Анализ влияния нагрузки усилителя на коэффициент усиления по напряжению.

7. Исследование влияния разделительного конденсатора на усиление переменного сигнала.

8. Анализ влияния сопротивления R₃ в цепи эмиттера на коэффициент усиления по напряже­нию.

Приборы и элементы

Осциллограф

Функциональный генератор

Биполярный транзистор 2N3904

Источники постоянной ЭДС

Источники переменной ЭДС

Конденсаторы

Резисторы

Краткие сведения из теории

Коэффициент усиления по напряжению определяется отношением амплитуд выходного си­нусоидального напряжения к входному:

1.Усилитель с общим эмиттером.

Схема усилителя с общим эмиттером представлена на рис. 4.1.

Коэффициент усиления по напряжению усилителя с ОЭ приближенно равен отношению со­противления в цепи коллектора к сопротивлению в цепи эмиттера :

где - сопротивление в цепи коллектора, которое определяется параллельным соединением сопротивления коллектора R_K и сопротивления нагрузки R_H, (не показанном на рис. 4.1), чью роль может играть, например следующий усилительный каскад:

Рис. 4.1

- дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода, равное

r_y=25 мВ/Iэ

Для усилителя с сопротивлением в це­пи эмиттера коэффициент усиления равен:

Входное сопротивление усилителя по пе­ременному току определяется как отношение амплитуд синусоидального входного напря­жения U_BX и входного тока I_BX:

Входное сопротивление транзистора оп­ределяется по формуле:

Входное сопротивление усилителя по переменному току r_Bx вычисляется как параллельное со­единение сопротивлений и :

Значение дифференциального выходного сопротивления схемы находится по напряжению холостого хода на выходе усилителя, которое может быть измерено как падение напряже­ния на сопротивлении нагрузки, превышающем 200 кОм, и по напряжению U_ВЫХ, измеренно­му для данного сопротивления нагрузки , из следующего уравнения, решаемого относительно r_ВЫХ:

Сопротивление 200 кОм можно считать разрывом в цепи нагрузки.

2. Усилитель с общим коллектором.

Схема усилителя с общим коллектором или эмиттерного повторителя представлена на рис. 4.2.

Коэффициент усиления по напряжению усилителя с ОК определяется из следующего выражения:

Как видно из выражения, коэффициент усиления каскада с общим коллектором при­ближенно равен 1, поскольку обычно мало по сравнению с сопротивлением . Из-за это­го свойства каскад называют эмиттерным повторителем. Входное сопротивление усилителя r_BX по переменному току определяется как от­ношение амплитуд синусоидального входного напряжения U_BX и входного тока I_BX: Рис. 4.2

Входное сопротивление эмиттерного повторителя по переменному току определяется следующим выражением:

В данном случае для определения входного сопротивления каскада нужно принять во вни­мание сопротивление резисторов и . С учетом сказанного получим:

Также при расчете схем необходимо учитывать сопротивление нагрузки, которая включа­ется параллельно сопротивлению эмиттера .

Из выражений для входного сопротивления видно, что эмиттерный повторитель обладает высоким входным сопротивлением по сравнению с каскадом с ОЭ.

В общем случае выходное сопротивление эмиттерного повторителя в раз меньше со­противления R_ИСТ источника сигнала на входе эмиттерного повторителя:

Если сопротивление R_ИСТ источника сигнала на входе эмиттерного повторителя пренебре­жимо мало, то выходное сопротивление эмиттерного повторителя будет равно дифференциаль­ному сопротивлению перехода база-эмиттер:

В случае, когда сопротивление R_ИСТ источника сигнала на входе очень велико (сравнимо с ), сопротивление должно быть учтено как включенное параллельно найденному вы­ходному сопротивлению эмиттерного повторителя.

Экспериментально выходное сопротивление каскада можно определить по результатам двух измерений: измерения напряжения холостого хода (на выход каскада подключается сопротивление порядка 200 кОм и измеряется падение напряжения на нем) и измерения выход­ного напряжения U_ВЫХ при наличии нагрузки сопротивлением R_H. После измерений выходное сопротивление можно подсчитать по формуле:

Благодаря высокому входному и низкому выходному сопротивлениям каскад с общим кол­лектором очень часто используют в качестве согласующего между источником и нагрузкой.

Результаты экспериментов

Эксперимент 1. Исследование каскада с общим эмиттером в области малого сигнала.

а). Амплитуда входного напряжения U_BX=9.8855mV

Амплитуда выходного напряжения U_ВЫХ=1.9633V

Разность фаз входного и выходного синусоидального напряжения Б-П =102.6⁰ и х=162.9⁰

Коэффициент усиления усилителя по

напряжению К_у=198.1755

б). Ток эмиттера I_Э=3.6 mA

Дифференциальное сопротивление г_э

эмиттерного перехода r_э=6.92 Om

Коэффициент усиления усилителя по

напряжению K_y=286.1272

в). Амплитуда входного напряжения U_BX=9.8723mV

Амплитуда выходного напряжения U_ВЫХ=956.2606mV

Коэффициент усиления усилителя по

напряжению K_y=96.837

г). Амплитуда входного напряжения

в точке U_Б U_BX=2.9767mV

Коэффициент усиления усилителя по

напряжению K_y=334.6463

Входной ток I_BX=6.9629*10^-6A

Входное сопротивление усилителя r_BX=427.5086 Om

д). Коэффициент передачи тока B=85

Сопротивление R1 R1=2kOm

Сопротивление R2 R2=10kOm

Входное сопротивление транзистора 588.2Om

Входное сопротивление усилителя r_BX= 434.7826Om

е). Амплитуда входного напряжения U_BX=9.8723mV

Амплитуда выходного напряжения U_BbIX=1.0086V

Коэффициент усиления усилителя по

напряжению K_y=101.317

ж). Амплитуда напряжения холостого хода U_xx=1.97V

Амплитуда выходного напряжения U_BbIX=1.0957V

Сопротивление нагрузки R_H=2kOm

Выходное сопротивление усилителя r_BbIX=1595.8748Om

з). Постоянная составляющая выходного

напряжения 11.28V

и). Амплитуда входного напряжения U_BX=9.8723mV

Амплитуда выходного напряжения U_BbIX=25.7043mV

Коэффициент усиления каскада с ОЭ

с сопротивлением в цепи эмиттера по K_y=2.8879

напряжению

к). Коэффициент усиления усилителя по

напряжению K_y=2.9692

Эксперимент 2. Исследование каскада с общим коллектором в области малого сигнала.

а). Постоянная составляющая входного напряжения в точке =0.32mV

Постоянная составляющая входного напряжения в точке =8.19mV

Ток эмиттера 1.638*10^-6A

б). Амплитуда входного напряжения U_BX=3.8576mV

Амплитуда выходного напряжения U_BbIX=627.425mV

Разность фаз входного и выходного синусоидального напряжения Б-П=89.65⁰ х=85⁰

Коэффициент усиления усилителя по

напряжению K_y= 162.6465

в). Амплитуда входного напряжения в точке = 3.9666mV

Амплитуда выходного напряжения U_BbIX=624.2826mV

Входной ток =0.19*10^-6A

Дифференциальное входное

сопротивление =9975.3608Om

г). Дифференциальное входное

сопротивление =9975.3608Om

Напряжение холостого хода = 662.7294mV

Напряжение на нагрузке 200 Ом =630.0427mV

Выходное сопротивление каскада r_BbIX=9.8643Om

Контрольные вопросы:

1. Каково отличие практического и теоретического значений коэффициента усиления по на пряжению?

В реальном приборе Ку будет меньше,чем в идеальном,тк в реальном приборе существует падение напряжения,следовательно,падение напр. на нагрузке меньше. Ку в реальном приборе меньше,чем в идеальном

2. Какова разность фаз между входным и выходным синусоидальными сигналами в усилителе с ОЭ? с ОК?

Усилительный каскад с

общим эмиттером сдвигает фазу выходного

сигнала, относительно входного, на 180о

В схеме с ОК сигнал на выходе совпадает по фазе с сигналом на входе

3. Как влияет входное сопротивление на коэффициент усиления по напряжению?

Чем больше входное сопротивление, тем меньше коэффициент усиления по напряжению, тк Ku = (Ивых/ивх)=в(Rвых/Rвх)

4. Какова связь между входным напряжением (узел) и напряжением на базе (узел) при включении между ними сопротивления?

Напряжение на базе(узле) снижается!

5. Каково отличие практического и теоретического значений входного сопротивления для уси лителей по переменному току?

теоретическое значение входного сопротивление немного меньше практического за счет наличия в практическом сопротивлений r1 и r2

6. Каково отличие коэффициента усиления по напряжению, вычисленного в п. к), от коэффи циента усиления по напряжению из п. в) эксперимента 1? Объяснить ответ.

В пункте к) коэффициент усиления значительно меньше, чем в пункте в)

Пункт в) и пункт к) отличаются наличием фильтрующего конденсатора, подключенного к нагрузке. Данный конденсатор частично выпрямляет напряжение на нагрузке, что приводит к увеличению его постоянной составляющей, при постоянном значении входного напряжения. Это становится причиной значительного увеличения коэффициента усиления по напряжению.

7. Какое влияние оказывает понижение сопротивления нагрузки на коэффициент усиления по напряжению?

Уменьшение сопротивления нагрузки влечет за собой уменьшение напряжения на ней, т.к. при его уменьшении все большая часть напряжения постоянного источника питания будет падать на токоограничивающий резистор Rc. Следовательно уменьшение напряжения на нагрузке или другими словами выходного напряжения вызывает падение коэффициента усиления.

8. Какова связь между выходным сопротивлением усилителя и сопротивлением в цепи кол лектора?

В общем случае выходное сопротивление эмиттерного повторителя (усилителя с общим коллектром) в раз меньше сопротивления источника сигнала на входе эмиттерного повторителя:

Если сопротивление источника сигнала на входе эмиттерного повторителя пренебрежимо мало, то выходное сопротивление эмиттерного повторителя будет равно дифференциальному сопротивлению перехода база-эмиттер:

В случае, когда сопротивление источника сигнала на входе очень велико (сравнимо с), сопротивление должно быть учтено как включенное параллельно найденному выходному сопротивлению эмиттерного повторителя.

9. Как влияет сопротивление на коэффициент усиления по напряжению усилителя?

1)Коэффициент усиления по напряжению усилителя с ОЭ приближенно равен отношению сопротивления в цепи коллектора к сопротивлению в цепи эмиттера:

Где - дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода, равное.

Для усилителя с сопротивлением в цепи эмиттера коэффициент усиления равен:

2)Коэффициент усиления по напряжению усилителя с ОК определяется из следующего выражения:

Как видно из выражения, коэффициент усиления каскада с общим коллектором приближенно равен 1, поскольку обычно мало по сравнению с сопротивлением. Из-за этого свойства каскад называют эмиттерным повторителем

10.Каково отличие практического и теоретического значений напряжения базы по постоянному току?

Поскольку в сделанной нами схеме с ОК в цепи входного напряжения Uб установленны конденсаторы,то присутствия постоянной составляющей напряжения по постоянному току быть не должно.Но на практике же мы имеем незначительные значения постоянной составляющей напряжения порядка нескольких мВ,а именно 0.32 мВ

11. Каково отличие практического и теоретического значений напряжения U3 по постоянному току?

Поскольку в сделанной нами схеме с ОК в цепи выходного напряжения Uэ установленны конденсаторы,то присутствия постоянной составляющей напряжения по постоянному току быть не должно.Но на практике же мы имеем незначительные значения постоянной составляющей напряжения порядка нескольких мВ, немного пренвышающих значение Uб(примерно на 8-10 мВ)

12.Каково отличие практического и теоретического значений коэффициента усиления по на пряжению усилителя с ОК? Почему значение коэффициента усиления по напряжению меньше единицы?

Как видно из выражения, коэффициент усиления каскада с общим коллектором приближенно равен 1, т.к. r_э очень мало по сравнению с R_э. На практике мы получили К_у=162.6465.

Значение коэффициента усиления по напряжению меньше единицы, т.к. в уравнении в знаменателе присутствует r_э

13.Каково отличие практического и теоретического значений входного сопротивления по пере менному току усилителя с ОК? Велико ли это значение?

Входное сопротивление обычно составляет десятки и сотни кОм (без учета сопротивления базового делителя), а выходное – единицы-десятки Ом. Проведя эксперимент мы получили, =9 кOm. Это обусловлено тем, что у эмитерного повторителя большое входное сопротивление и малое выходное сопротивление.

14.Велико ли значение выходного сопротивления усилителя с ОК?

В схеме с ОК выходное сопротивление оказывается очень малым, поскольку определяется только дифференциальным сопротивлением эмиттерного перехода транзистора rэ

15.Какова разность фаз входного и выходного синусоидальных сигналов?

Усилительный каскад с

общим эмиттером сдвигает фазу выходного

сигнала, относительно входного, на 180о

В схеме с ОК сигнал на выходе совпадает по фазе с сигналом на входе

16.В чем заключено главное достоинство схемы усилителя с ОК? В чем главное назначение этой схемы?

При включении транзистора по схеме с ОК усиления входного сигнала по напряжению не происходит, усиливается входной сигнал по току, следовательно происходит усиление по мощности. Достоинством схемы с ОК является также ее большое входное и малое выходное сопротивления. Большое входное сопротивление позволяет подключать такой каскад к маломощным источникам сигналов и другим усилительным каскадам, имеющим большое выходное сопротивление.

Благодаря малому выходному сопротивлению усилителя с ОК к нему можно подключать другие устройства с малым входным сопротивлением. Благодаря этим особенностям усилитель с ОК широко применяется в качестве согласующего каскада. Он включается между каскадом с большим выходным сопротивлением и каскадом с малым входным сопротивлением.

Амплитуда выходного напряжения в схеме с ОК мало отличается от амплитуды входного напряжения, т. е. как бы повторяет его. Так как выходное напряжение снимается с эмиттера, усилитель с ОК получил название эмиттерного повторителя.

Дата добавления: 2015-06-04