37

Лабораторная работа № 5. Исследование частотных параметров биполярных транзисторов.

Цель работы: экспериментальное определение граничных частот f_α и f_β биполярного транзистора.

5.1. Описание лабораторной установки.

Для выполнения лабораторной работы используются лабораторный стенд, генератор сигналов низкочастотный Г3-112, вольтметр В3-56, осциллограф С1-76, вольтметр цифровой В7-38.

Схема лабораторного стенда представлена в Приложении А на рисунке А.1. В лабораторном стенде расположен биполярный транзистор КТ315Б, частотные параметры которого следует определить.

Генератор применяется для формирования входного гармонического напряжения заданной частоты и амплитуды.

Вольтметры применяются для измерения постоянного и действующего значения переменного напряжения в схеме.

Осциллограф применяется для визуального наблюдения в схеме формы напряжения в зависимости от времени.

Частотная характеристика транзистора в усилительном каскаде определяется путем измерения уровня выходного сигнала при изменении частоты генератора. Схема установки показана на рисунке 5.1.

Рисунок 5.1. – Струкутрная схема установки для определения

частотной характеристики транзистора в усилительном каскаде.

Изменяя частоту генератора, и контролируя при этом уровень входного сигнала U_вх по вольтметру V1 около постоянного значения, необходимо записывать показания выходного вольтметра V2.

5.2. Порядок выполнения лабораторной работы.

Подключить блок питания к исследуемому каскаду на биполярном транзисторе. Для этого:

• переключатели S1…S5 и S7 перевести в положение «ВКЛ»;

• переключатели S6 и S8 перевести в положение «1».

В качестве схемы питания исследуемого транзистора используется схема с общим эмиттером и фиксированным током базы, которая показана на рисунке 5.2.

Рисунок 5.2. – Схема питания усилителя с ОЭ и фиксированным током базы.

Для получения этой схемы на лабораторном стенде необходимо произвести следующие установки:

• переключатель S9 установить в положение «1»;

• тумблер S10 установить в положение «ВЫКЛ»;

• тумблер S12 установить в положение «ВЫКЛ»;

• тумблер S13 установить в положение «2».

Регулирующим элементом, выведенным на переднюю панель стенда, для данного типа схемы является переменное сопротивление R7 (на рисунке 5.2 резистор R_б1). Вращая ручку резистора R7, можно установить на коллекторе необходимое постоянное напряжение в рабочей точке. Таким образом можно менять положение рабочей точки на выходных характеристиках транзистора.

Собрать схему установки в соответствии с рисунком 5.1. Согласно схеме (рис. 5.1) генератор сигналов выполняет функции имитации входного воздействия для исследуемого каскада. В данном случае входным воздействием является гармоническое напряжение заданной частоты и амплитуды. Уровень переменного напряжения входного воздействия контролируется входным вольтметром V1. Уровень постоянного и переменного напряжения выходного сигнала контролируется выходным вольтметром V2 (рисунок 5.1). При этом входом исследуемого каскада является разъем Х6, выходом – Х5.

На вход исследуемого каскада подключить генератор звуковой частоты Г3-112 и вольтметр В3-56, а на выход каскада ‑ цифровой вольтметр В7-38 и осциллограф С1-76, как показано на рисунке 5.1. При подключении приборов к схеме с помощью проводников необходимо соблюдать соответствие контактов прибора и схемы (общий провод прибора подключается к общему проводу схемы «┴», а сигнальный – к сигнальному). У проводников принято, что общим проводом «┴» является длинный контакт, а сигнальный ‑ коротким.

Включить питание стенда и приборов.

При этом блок питания для исследуемого каскада формирует напряжение питания Е_п = 9 В. Сопротивление нагрузки усилительного каскада фиксировано и составляет R_н = R_к = 2 кОм.

Цифровой вольтметр перевести в режим измерения постоянного напряжения «=».

Перед началом работы с осциллографом необходимо выставить нулевой уровень сигнала (ось времени). Для этого на осциллографе переключатель вида подаваемого на вход сигнала перевести в положение «┴», что соответствует нулевому уровню сигнала на входе осциллографа. Ручкой «УСИЛИТЕЛЬ» установить положение луча (ось времени) внизу экрана электронно-лучевой трубки осциллографа. Затем осциллограф перевести в режим « » для измерения постоянного и переменного напряжения.

Генератор сигналов НЧ, подключенный к разъему X6, перевести в режим генерации синусоидальных колебаний «~» с частотой F = 1 кГц.

Амплитудно-частотная характеристика исследуемого транзистора измеряется в условиях линейного режима работы усилительного каскада, т.е. при минимальных искажениях выходного сигнала. Для этого установить с помощью резистора R7 выходное постоянное напряжение в рабочей точке U_КЭА ≈ Е_п/2 = 4 В, что соответствует линейному режиму работы каскада.

Кроме того, для обеспечения минимальных искажений выходного сигнала u_вых(t) необходимо определить соответствующий уровень U_вх входного сигнала u_вх(t). Для этого на генераторе сигналов НЧ ручкой регулировки амплитуды изменяя уровень входного сигнала U_вх, добиться минимальных искажений осциллограммы выходного сигнала, т.е. транзистор не должен входить в режим ограничения. Режим ограничения выходного сигнала контролировать по его осциллограмме. По необходимости на осциллографе переключателями масштаба по времени и напряжению добиться отображения нескольких периодов осциллограммы с максимально возможной амплитудой. Для обеспечения неподвижности осциллограммы использовать ручку «СИНХРОНИЗАЦИЯ».

После установки уровня входного сигнала U_вх проверить условия линейного режима работы усилительного каскада (U_КЭА ≈ Е_п/2 = 4 В).

По входному вольтметру определить значение U_вх, при котором искажения осциллограммы выходного напряжения минимальны.

Измерить и построить частотную характеристику транзистора. Для этого выходной вольтметр перевести в режим измерения переменного напряжения «~». Изменяя частоту генератора сигналов НЧ, и поддерживая при этом уровень входного сигнала U_вх около полученного ранее постоянного значения, занести данные измерений выходного напряжения U_вых в таблицу 5.1.

Таблица 5.1.

f, кГц	1	10	20	50	100	150	200	300	500
Uвых, В
К(f), раз

Рассчитать значения амплитудно-частотной характеристики исследуемого транзистора в относительных единицах для каждой частоты по формуле К(f) = U_вых(f) / U_вх.

Рассчитать нормированную амплитудно-частотную характеристику исследуемого транзистора по формуле N(f) = K(f) / K_max, где K_max – максимальное значение амплитудно-частотной характеристики. Полученная зависимость соответствует нормированной зависимости β(f) / β₀, где β₀ – коэффициент передачи тока базы транзистора КТ315Б в режиме работы каскада по постоянному току (режим покоя), β₀ = 100 (таблица 4.1).

По полученной частотной характеристике β(f) / β₀ на уровне от её максимального значения определить частоту f_β, соответствующую данному уровню. Частоту f_α можно вычислить следующим образом

f_α = f_β (1 + β₀), (5.1)

Рассчитать нормированную зависимость α(f) / α₀, где α(f) = β(f) /(1 + β(f)), α₀= β₀ /(1 + β₀).