Лабораторная работа 1 исследование усилительных каскадов на биполярных транзисторах
 Скачать 1.14 Mb.
|
|
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1 ИССЛЕДОВАНИЕ УСИЛИТЕЛЬНЫХ КАСКАДОВ НА БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ Цель работы: знакомство со схемами, задающими режим работы транзистора по постоянному току, исследование усилительных каскадов по схемам с общим эмиттером и общим коллектором, дифференциального усилительного каскада. Пункт 6.1.  Рис.1  По приборам PA1 и PV1 определяется положение точки покоя А: Iк0 = 980, 1 мкА, Uкэ0 = 7, 142 В. Нагрузочная прямая по постоянному току строится по двум точкам: точка покоя{ Iк0 = 980, 1 мкА, Uкэ0 = 7, 142 В} и {Iк = 0, Uкэ = Eк = 17 В}, рис .2. Сопротивление нагрузки по постоянному току равно: Rн = ∆Uкэ / ∆Iк = (Eк - Uкэ0) / Iк0 = (17- 7, 142) / 0, 981*10-3 = 10059, 2 Ом. Напряжение Uбэ0 = 670, 3 мB.   Пункт 6.2. Исследовать усилительный каскад по схеме с общим эмиттером (рис. 3). Подав на вход синусоидальный сигнал частотой 1 кГц и амплитудой 1 мВ, оценить выходное напряжение и коэффициент усиления при двух значениях сопротивления нагрузки Rн (5 кОм, 50 кОм). Провести через рабочую точку нагрузочную прямую переменного тока для Rн = 5 кОм.  Рис. 3  Измерения в схеме рис.3 при R5 = 5 кОм дают результат: Uвх m = 1мВ, Uвых = 64 мВ; при R5 = 50 кОм Uвх m = 1мВ, Uвых =114 мВ; Вольтметр показывает действующее значение выходного напряжения Uвых m =  * Uвых.Коэффициент усиления по напряжению при R5 = 5 кОм Ku =  Uвых / Uвх m = = 1, 414*64/1 = 90, 5 раз. Коэффициент усиления по напряжению при R5 = 50 кОм Ku = Uвых / Uвх m = 1, 414* 114/1 = 161,2 раз. Вывод: увеличение сопротивления нагрузки приводит к увеличению коэффициента усиления по напряжению.Входное сопротивление каскада при R5 = 5 кОм h11э =  . Rн ≈ R3||R5 = = 2500 Ом, K0 = 90, 5. h11э =  = 2486 Ом.Форма напряжений на входе и выходе каскада ОЭ:  Рис.4 Каскад с общим эмиттером поворачивает фазу входного сигнала на 1800 в области низких и средних частот. АЧХ - рис. 5 и ФЧХ - рис. 6 каскада с общим эмиттером:   Рис.5  Коэффициент усиления падает в области низких частот. Нижняя частота полосы пропускания при С1 = С2 = 1 мкФ на уровне К0 / = 64 fн = 106 Гц. Фазовый сдвиг равен 1800 на нижних частотах и падает с ростом частоты. Конденсатор С3 шунтирует по переменному току R4, устраняя отрицательную обратную связь, что способствует увеличению усиления каскада. При С1 = С2 = 10 мкФ на уровне К0 / = 64 равна fн = 61 Гц рис. 7  Рис. 7 Нагрузочная характеристики по переменному току строится по двум точкам: {Iк0 = 0, 980 мА; Uкэ0 = 7, 142 В}, {Iкm = 6, 8 мА; Uкэ0 = 0}. Здесь Iкm =  ==  = 0, 0068 А – импульс коллекторного тока. Рис. 8 Из рис. 8 можно сделать вывод, что максимальная неискажённая амплитуда выходного напряжения равна 1 В, пр большем входном сигнале начнётся ограничение переменного коллекторного напряжения сверху  6.4 Исследовать эмиттерный повторитель (рис. 9). Изменился ли ток в рабочей точке транзистора по сравнению со схемой, приведенной на рис. 6.2? Рис. 9 При отсутствии входного сигнала положение рабочей точки неизменно. При подключении входного сигнала ток в рабочей точке увеличивается. Оцениваем спад вершины импульса при ёмкости конденсаторов C1 и С2 = 1 мкФ и длительности импульса 500 мкс на R5:  Рис.10 Находим по осциллограмме рис. 10: Амплитуда импульса Uвых m = 603, 415+921, 547 = 1564, 962 мВ. Спад вершины импульса ∆ Uвых m = 318, 131 мВ. В процентах  ∆ Uвых m[%] = (∆ Uвых m / Uвых m )*100%= 318, 131 / 1564, 962 = 20, 9%.При C1 и С2 = 10 мкФ и длительности импульса 500 мкс спад вершины импульса на осциллограмме незаметен. Теоретически: ∆ = tи / τ2 + tи / τ1, где τ2 = (R1||R2)*C2 =  == 3, 333*10-3 c. τ1 = R5*C1 = 5*10-3c. ∆ = 500/3333 + 500/ 5000 = 0, 25 = 25 %. 6.5 Собрать схему дифференциального усилителя (рис. 11). Какую функцию выполняет транзистор VT3? Рассчитать величину суммарного тока эмиттеров VT1 и VT2 и сравнить с экспериментальным значением, фиксируемым амперметром А. Напряжение на эмиттерном переходе VT3 полагать равным 750 мВ. Осциллограмма выходного напряжения представлена на рис. 12  Рис. 11   Рис. 12 По осциллограмме определяем амплитуду выходного напряжения: Uвых m = 175 мВ. Коэффициент усиления по напряжению: Uвых m / Uвх m = 175 /1 = 175 раз. Изменение синфазного напряжения Е3 не приводит к изменению режима транзисторов VT1 и VT2, то есть усиление синфазного сигнала отсутствует. Транзистор VT3 входит в состав схемы стабилизатора тока, который стабилизирует суммарный эмиттерный ток дифференциального каскада. Благодаря стабилизатору этот ток сохраняет неизменное значение при изменении синфазного входного напряжения, в результате увеличиваются коэффициент усиления дифференциального входного сигнала и коэффициент подавления синфазного сигнала. Рассчитаем величину суммарного тока эмиттеров VT1 и VT2. По заданию Uбэ VT3 = 0, 75 B. Cуммарный ток эмиттеров VT1 и VT2 образуется за счёт коллекторного тока VT3 рис. 13. И ограничен величиной I∑э = (Е1+Е2) / (R4||R5) = 20 / 5000 = 4 мА при полном насыщении VЕ1 и VT2. Ток базы VT3, который работает в активном режиме не превысит Iб3 = I∑э / β3 = = 4*10-3 / 185 = 0, 00216 мА. Ток делителя напряжения R2, R3, без учёта базового тока VT3 составит I23 = E1 / (R2+ R3) = 10 / (10000+2000) = 0, 833 мА, то есть ток базы Iб3 в 385 раз меньше тока делителя, и при расчёте режима VT3, базовым током VT3 можно пренебречь. Находим падение напряжения на R2.   Рис. 13 UR2 = E1*R2 / (R2+R3) = 10*2000 / (2000+10000) = 1, 667 B. Находим падение напряжения на R1: UR1 = UR2 – Uбэ = 1, 667 – 0, 750 = 0, 917 В. Находим суммарный тока эмиттеров VT1 и VT2: I∑э = Iк1 = UR1 / 1000 = 0, 917 мА. Это немного меньше, чем в эксперименте. |