Тема: Исследование типовой схемы включения транзисторов с общим коллектором

 

Цель работы:

 

Исследование характеристик и параметров усилительных каскадов на биполярных транзисторах в схемах с общим коллектором.

 

Теоретические сведения

 

2.1.1 Усилительный каскад на биполярном транзисторе (БТ) с общим коллектором называется эмиттерный повторитель.

Эмиттерный повторитель (ЭП) представляет собой усилитель тока и мощности, выполненный на транзисторе по схеме с общим коллектором (ОК). Схема ЭП представлена на рисунке 2.1.

 

 

Сопротивление нагрузки включается в эмиттерную цепь транзистора. ЭП обладает повышенным входным и пониженным выходным сопротивлениями. Его входное и выходное напряжения совпадают по фазе и незначительно отличаются по величине. Отмеченные свойства ЭП позволяют использовать его для согласования высокоомного источника напряжения с низкоомной нагрузкой.

ЭП можно рассматривать как усилительный каскад с общим эмиттером (ОЭ), у которого R_к=0, а резистор в цепи эмиттера не зашунтирован конденсатором С_э.

В этом случае все выходное напряжение, выделяемое на сопротивлении в цепи эмиттера, последовательно вводится во входную цепь усилителя, где вычитается из напряжения входного сигнала U_вх, снижая его. В схеме действует 100 % последовательная отрицательная обратная связь по току.

Коэффициент усиления по напряжению ЭП определяется по формуле (2.1):

 

К_u = U_вых/U_вх = (I_э*R_э)/(I_б*R_вх) (2.1)

 

где К_и – коэффициент усиления по напряжению;

U_вых, U_вх – напряжения на выходе и входе ЭП, В;

I_э, I_б – сила тока на эмиттере и БТ соответственно, А;

R_э, R_вх –сопротивления нагрузки на эмиттере и входе, Ом.

 

Коэффициент усиления по току К_i в схеме ЭП без учета сопротивления нагрузки R_н (холостой ход) определяется по формуле (2.2)

 

Кi = I_э/I_б = 1+β. (2.2)

 

где β – коэффициент передачи тока в схеме с общим эмиттером

 

Подготовка к работе

 

2.2.1 Изучить принцип работы схем усилительных каскадов на БТ с ОЭ и ОК.

2.2.2 Изучить порядок расчета схем усилительных каскадов БТ с ОЭ и ОК.

2.2.3 Нарисовать схему исследуемого усилительного каскада.

2.2.4 Ознакомиться с порядком сборки схем на стенде.

 

План работы

 

2.3.1 Собрать генератор синусоидальных колебаний по схеме на рисунке 2.2

Рисунок 2.2 – Схема генератора синусоидальных колебаний

 

2.3.2 Собрать схему ЭП согласно рисунку 2.3

Установить значение сопротивления резистора R23 таким, при котором искажения сигнала на выходе будут наименьшие (по осциллографу).

2.3.3 Установить амплитуду входного сигнала U_вх.m=0,05В постоянной. Изменяя частоту входного сигнала F от 0 до 100кГц (рекомендуемые частоты, Гц: 20, 50, 200, 500; 1000, 5000, 10000, 15*10³, 20*10³, 25*10³,50*10³, 75*10³, 90*10³, 100*10³), снять амплитудно-частотную характеристику усилителя,, значения которой занести в. таблицу 2.1.

 

	Рисунок 2.3 - Схема усилителя на биполярном транзисторе с ОК

2.3.4 На основании полученных значений построить логарифмическую амплитудно-частотную характеристику (ЛАЧХ) при условии: U_вхm = 0,05В - const; K_u = U_вых.m/ U_вх.m. в логарифмическом масштабе с использованием функциональной зависимости по формуле (2.3)

 

K_u = f(lgF) (2.3).

 

Таблица 2.1 – Результаты измерений и вычислений

 

F, Гц	2О						…	10*105
Uвыхm, В							…
Ku							…

 

2.3.4 Подать на вход усилителя синусоидальный сигнал частотой f=1кГц. Изменяя амплитуду входного сигнала U_вх.m от 0 до 0,5В, измерить U_вых.m. Результаты занести в таблицу 2.2

 

 

Таблица 2.2 – Результаты измерений для построения амплитудной характеристики усилителя U_вых.m =f(U_вх.m)

 

Uвх.m, мВ
Uвых.m, мВ

2.3.5 Построить амплитудную характеристику усилителя с использованием функциональной зависимости по формуле (2.4)

 

U_вых.m =f(U_вх.m) (2.4)

 

2.3.6 Для каждого значения U_вх.m пронаблюдать осциллограмму выходного напряжения. Определить U_вхm в момент появления существенных нелинейных искажений U_вых и зарисовать осциллограмму.

 

2.4 Контрольные вопросы

 

2.4.1. Определить по принципиальной схеме усилительного каскада способ включения транзистора.

2.4.2. Сравните усилители с ОЭ, ОК, ОБ по коэффициентам усиления K_i, K_u, K_p.

2.4.3. В каком усилителе осуществляется усиление по напряжению и по мощности?

2.4.4. В каком усилителе осуществляется усиление по току и по мощности?

2.4.5. Какой усилитель обеспечивает максимальное усиление по мощности и почему?

2.4.6 Сравните усилители с ОЭ, ОБ, ОК по значениям R_вх иR_вых. Чем обусловлено их различие?

2.4.7 Сравните частотные свойства каскадов с ОЭ, ОБ, ОК и объясните причины различия.

2.4.8 Объясните назначения отдельных компонентов схем усилителей с ОЭ, ОБ, ОК.

2.4.9 Как зависит R_вх, R_вых, K_u, K_i, K_p усилителя с ОЭ от значений электрических параметров отдельных компонентов схемы? *?

2.4.10 Когда следует применять усилительные каскады, включенные по схеме с ОЭ, ОБ, ОК?

2.4.11 Назовите способы задания режима работы транзистора в усилительных каскадах?

2.4.12 Объясните влияние температуры на режим работы усилительных каскадов.

2.4.13 Какие вы знаете способы температурной стабилизации режима работы усилительных каскадов?

 

Лабораторная работа №8