Отчет по лабораторной работе транзистрный усилительный каскад. Исследование характеристик усилительного каскада на биполярном транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером. Исходные данные
 Скачать 1.55 Mb.
|
|
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА ТРАНЗИСТОРНЫЙ УСИЛИТЕЛЬНЫЙ КАСКАД Цель работы: Изучение принципа работы и исследование характеристик усилительного каскада на биполярном транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером. Исходные данные Принципиальная схема усилительного каскада на биполярном транзисторе приведена на рисунке 1. Рисунок 1 – Принципиальная схема каскада Сопротивление нагрузки принять R6=100кОм. Тип транзистора T– 2N2222 (BF=153). Значения конденсаторов: С1=С2=5uF; С3=50uF; С4=10pF. На генераторе входного сигнала XFG1(FunctionGenerator) частота Frequency=1kHz и амплитуда Amplitude=100mVp. Номинальные значения резисторов R1…R4, Rк и напряжение питания ЕК в соответствии с вариантом приведены в таблице 1 Таблица 1 – Исходные данные
Порядок выполнения работы В программе Multislim 12 была собрана схема усилительного каскада в соответствии с вариантом (рисунок 2).  Рисунок 2 – Схема лабораторного макета усилительного каскада В результате включения моделирования на осциллограмме были получены два синусоидальных сигнала с разными амплитудами без видимых искажений формы (рисунок 3).  Рисунок 3 – Осциллограмма входного и выходного сигналов При помощи индикаторов напряжения и тока был зафиксирован режим работы усилителя по постоянному току. Результаты эксперимента занесены в таблицу 2. Таблица 2 – Результаты эксперимента
Rэ = R3+R4 = 82 + 100 = 182 Ом E/(Rк + Rэ) =19/(820+182) = 0,0189 А По результатам эксперимента на выходной характеристике Iк= F(Uкэ), была построена нагрузочная прямая и определено положение точки покоя П (рисунок 4). Курсор, установленный в точку покоя, показывает расхождение значений Uкэп и Iкп со значениями в таблице 2. Отсюда следует, что нужно провести коррекцию, путём изменения резистора R1  Рисунок 4 – Нагрузочная прямая до коррекции Была проведена корректировка режима покоя, изменяя номинальное значение резистора R1, с целью получения максимально возможной амплитуды неискаженного выходного сигнала Результаты эксперимента занесены в таблицу 3. Новая линия нагрузки представлена на рисунке 5. Таблица 3 – Результаты эксперимента после коррекции. R1=11.1кОм
 Рисунок 5 – Линия нагрузки по постоянному току и точка покоя П (после коррекции)  Рисунок 6 – Осциллограмма входного и выходного сигналов (после коррекции) 3. Определили коэффициент усиления каскада по напряжению Ku=Uвых/Uвх по показаниям мультиметров XMM1 и XMM2. Ku=Uвых/Uвх =662.149/70.711 = 9,36  Рисунок 7 – Показания мультиметра 4. При построении амплитудной характеристики было использовано скорректированное значение R1=11,1кОм. Изменяя амплитуду входного напряжения генератора XFG1, определили амплитуду выходного сигнала по осциллографу XSC1 (таблица 4). Таблица 4 – Зависимость амплитуды входного и выходного сигналов.
По данным из таблицы 4 была построена амплитудную характеристику усилительного каскада (рисунок 8) и определена максимально возможная амплитуда неискажённого выходного сигнала: Um вых max=7,33 В.  Рисунок 8 – Амплитудная характеристика усилителя 5. Построим логарифмическую амплитудно-частотную характеристику (ЛАЧХ) L[дБ]=F(f). Для этого на генераторе XFG1 установим амплитуду входного сигнала Uвхm=100 mV. При помощи Bode Plotter XBP1 получила ЛАЧХ усилительного каскада (рисунок 9). По графику ЛАЧХ определила полосу пропускания усилителя. L0 = 19,446 дБ L = 19,446 – 3 =16,446дБ  Рисунок 9 – ЛАЧХ усилительного каскада   Рисунок 10 полоса пропускания усилителя ( 63,4Гц – 13,342 МГц) 6. Включим схему моделирования при амплитуде входного сигнала Uвхm=100 mV и разомкнутом ключе J1. Коэффициент усиления каскада по напряжению будет: Ku=Uвых/Uвх =306.208/70.711 = 4.33  Рисунок 12 – Показания мультиметров при разомкнутом ключе  Рисунок 13 – Осциллограмма сигнала при разомкнутом ключе ЛАЧХ усилительного каскада при разомкнутом ключе на рисунке 14. По графику ЛАЧХ определим полосу пропускания усилителя (рисунок 15). L0 = 12,729 дБ L = 12,729 – 3 =9,729 дБ  Рисунок 14 – ЛАЧХ усилительного каскада   Рисунок 15 – Полоса пропускания усилителя ( 21,225Гц – 13,529 МГц) 7. С целью получения максимально возможной амплитуды неискажённого выходного сигнала была произведена корректировка режима покоя, изменяя номинальное значение резистора R1. На рисунке 16 приведен график сигнала с исходными данными, а на рисунках 17-18 – с корректированными.  Рисунок 16 – Исходный спектр и положение точки покоя  Рисунок 17 – Оптимальный спектр и положение точки покоя (R1=11.1КОм)   Рисунок 18 – Отклоненный спектр и положение точки покоя (R1=6КОм) Количественная оценка нелинейных искажений выполнена с помощью прибора Distortion Analyzer – XDA (рисунок 19).    Рисунок 19 – Измерение нелинейных искажений (исходное значение R1, оптимальное и отклоненное) Выводы: в ходе выполнения лабораторной работы, мы изучили принцип работы и исследовали характеристики транзисторного усилительного каскада. Были определены характеристики каскада, найдена точка покоя и найдено оптимальное значение R1 для оптимальной амплитуды выходного сигнала. Построили амплитудную характеристику каскада и определили максимальную амплитуду неискаженного выходного сигнала: Um вых max=7,33 В. Затем провели все те же исследования при разомкнутом ключе в схеме. При размыкании ключа коэффициент усиления каскада Ku по напряжению при получится гораздо больше, чем при разомкнутом, однако полоса пропускания при разомкнутом ключе получилась больше, чем при замкнутом. При корректировании значения R1, были измерены нелинейные искажения на каждом из значений, исходное и оптимальное значение R1 (10 и 11.1 кОм соответственно) имеют незначительный процент нелинейных искажений (0,027% и 0,015% соответственно), это же видно и на осциллограмме выходных сигналов – спектры практически одинаковы и не имеют искажений, однако при отклонении R1 в другую сторону (было использовано значение 6 кОм) – процент нелинейных искажений достигает уже значения 25, это видно и на спектре выходного сигнала – он визуально искажен. Таким образом, было найдено и использовано в работе оптимальное значение R1=11.1кОм. |