Содержание отчета

- принципиальная схема исследования статических характеристик транзистора;

- таблицы результатов измерений;

- графики статических характеристик.

Контрольные вопросы

1. Охарактеризуйте состояние переходов база-эмиттер и база-коллектор транзистора (открытое или закрытое) при нормальном активном режиме работы.

2. Как с помощью статических характеристик определить коэффициенты передачи тока транзистора и его входное и выходное сопротивление?

3. Чем различаются семейства входных и выходных характеристик транзистора при разных схемах включения?

4. Нарисуйте схемы включения транзистора ОЭ и ОБ и укажите полярность питающих напряжений и направления токов базы, эмиттера и коллектора для нормального активного режима работы.

5. Понятие коэффициентов  и  транзистора, их физический смысл, метод нахождения по статическим характеристикам. Порядок величин этих коэффициентов.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4

Исследование однокаскадных усилителей на биполярных транзисторах

Цель работы: определение основных параметров однокаскадных усилителей в схемах ОЭ, ОК и ОБ.

Теоретические сведения

Усилитель имеет входную цепь, на которую подается синусоидальный сигнал небольшой мощности, и источник питания, поступающего на выходную цепь, к которой подключена нагрузка.

Основными параметрами усилителей являются коэффициент усиления, КПД., входное и выходное сопротивления. В зависимости от соотношения сопротивлений выходной цепи и нагрузки различают усилители напряжения (R_вых < R_н), тока (R_вых >> R_н) и мощности (R_вых = R_н). Коэффициент усиления представляет собой отношение параметров входного и выходного сигналов:

К_I = I_вых/I_вх; К_U =U_вых/U_вх; К_P = К_I К_U.

Входное сопротивление усилителя определяется отношением приращений (R_вх=U_вх/I_вх) напряжения и тока входного синусоидального сигнала, а выходное (R_вых=U_вых/I_вых) отношением приращений напряжения и тока выходного синусоидального сигнала. Следует отметить, что усиление сигнала без искажений имеет место в том случае, когда усилитель работает в классе усиления А.

Класс усиления определяется положением рабочей точки на нагрузочной характеристике однокаскадного усилителя. На рис. 7 представлена нагрузочная характеристика усилителя на транзисторе, включенном по схеме ОЭ. Буквами А, В и С обозначены положения рабочей точки, соответствующие классам усиления А (напряжение U_кэ  0,5 Е_к), В (напряжение U_кэ  0,9Е_к) и С (напряжение U_кэ  Е_к).

Рис. 7. Положение рабочей точки на нагрузочной характеристике в зависимости

от класса усиления

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с принципиальными схемами однокаскадных усилителей ОЭ, ОК и ОБ, смонтированными в сменном блоке СБ-3.

2. Отключить встроенный Г3Ч от усилителей, переключив SA1 в нижнее положение. Включить стенд и установить частоту встроенного Г3Ч 1000 Гц.

3. Исследовать работу усилителя по схеме ОЭ. Принципиальная схема усилителя ОЭ представлена на рис. 8.

3.1. Установить сопротивление в коллекторе транзистора R_к = 4,4 кОм, переключив SA4 в верхнее положение. Задать рабочую точку усилителя ОЭ, установив напряжение на коллекторе транзистора 5...6 В, регулируя напряжение смещения в базовой цепи с помощью -Е1. Напряжение на коллекторе контролируется по вольтметру V3 (шкала прибора 15 В).

3.2. Установить значение внешнего входного сопротивления R_вх = 10 кОм, переключив SA5 в верхнее положение. Подключить осциллограф к контрольному гнезду XS9, подключить ГЗЧ к входу усилителя, переключив SA1, SA2 и SA3 в верхнее положение. Установить такое напряжение Г3Ч регулятором U_зг, чтобы на осциллографе наблюдался неискаженный синусоидальный сигнал амплитудой 1...2 В.

Рис. 8. Принципиальная схема усилителя ОЭ

3.3. Измерить с помощью осциллографа напряжения U_вх (контрольное гнездо XS7), U_б (гнездо XS8) и U_вых (гнездо XS9). Установить величину R_к = 2,2 кОм, переключив SA4 в нижнее положение и, не меняя режима усилителя по постоянному току и величины входного синусоидального сигнала, повторно измерить напряжения U_вх, U_б и U_вых. Результаты измерения занести в таблицу 8.

Таблица 8

Результаты измерений

УсилительОЭ	Класс усиления А		Класс усиления В
	Rк=4,4 кОм	Rк=2,2 кОм	Rк=4,4 кОм
Uвх
Uб
Uвых

Вычислить коэффициенты передачи усилителя ОЭ по напряжению К_U= U_вых / U_б при разных значениях R_к.

3.4. Вычислить значения входного и выходного токов усилителя ОЭ:

I_вх = (U_вх – U_б)/R_вх; I_вых = U_вых /R_к

и определить коэффициенты передачи усилителя по току К_I = I_вых/I_вх при разных значениях R_к.

3.5. Определить входное и выходное сопротивления усилителя ОЭ по переменному току. Входное сопротивление определяется два раза при разных значениях R_к по формуле r_вх= U_б /I_вх, а выходное - один раз по изменениям напряжений и токов на выходе усилителя .

3.6. Установить сопротивление в коллекторе транзистора R_к = 4,4 кОм, переключив SA4 в верхнее положение. Регулируя -Е1, установить напряжение на коллекторе транзистора равным 9...9,5 В (по вольтметру V3) и отметить переход усилителя в класс усиления В. Подключить осциллограф к коллектору транзистора (гнездо XS9). Увеличивая напряжение входного сигнала регулировкой U_зг, установить максимальную амплитуду одной полуволны выходного сигнала усилителя, при которой не происходит искажение вершины синусоиды. Измерить напряжения U_вх; U_б и U_вых. Вычислить коэффициент передачи усилителя по напряжению и току, а также входное сопротивление в классе усиления В. Результаты занести в таблицу 8.

4. Исследовать работу усилителя ОК. Принципиальная схема усилителя ОК представлена на рис. 9.

4.1. Установить сопротивление R_э1 = 2,46 кОм, переключив SA6 в верхнее положение. Задать рабочую точку усилителя ОК, установив напряжение на эмиттере транзистора 2...3 В, регулируя напряжение смещения в базовой цепи с помощью -Е1. Напряжение на эмиттере контролируется по вольтметру V2 (шкала прибора 15 В).

4.2. Установить значение внешнего входного сопротивления R_вх = 10 кОм, переключив SA4 в верхнее положение. Подключить осциллограф к контрольному гнезду XS6, подключить ГЗЧ к входу усилителя, переключив SA1 и SA2 в верхнее, а SAЗ в нижнее положение. Установить такое напряжение ГЗЧ регулятором U_зг, чтобы на осциллографе наблюдался неискаженный синусоидальный сигнал с амплитудой 0,8...1 В.

Рис. 9. Принципиальная схема усилителя ОК

4.3. Измерить с помощью осциллографа напряжения U_вх (гнездо XS4), U_б (гнездо XS5) и U_вых (гнездо XS6). Установить величину R_э2 = 0,26 кОм, переключив SA6 в нижнее положение, и, не меняя режима усилителя по постоянному току и величины входного синусоидального сигнала, повторно измерить напряжения U_вх, U_б и U_вых. Результаты измерения занести в таблицу 9.

Таблица 9

Результаты измерений U_вх, U_б и U_вых

Усилитель ОК	Класс усиления А		Класс усиления В
	Rэ=2,46 кОм	Rэ=0,26 кОм	Rэ=2,46 кОм
Uвх
Uб
Uвых

Вычислить коэффициенты передачи усилителя ОК по напряжению К_U= U_вых / U_б при разных значениях R_э.

4.4. Вычислить значения входного и выходного токов усилителя ОК:

I_вх = (U_вх – U_б )/R_вх; I_вых = U_вых /R_э

и определить коэффициенты передачи усилителя по току К_I = I_вых/I_вх при разных значениях R_э.

4.5. Определить входное и выходное сопротивление усилителя ОК по переменному току. Входное сопротивление определяется два раза при разных значениях R_э по формуле r_вх= U_б / I_вх; а выходное - один раз по изменениям напряжений и токов на выходе усилителя .

4.6. Установить сопротивление R_э1 = 2,46 кОм, переключив SA6 в верхнее положение. Регулируя -Е1, установить напряжение на эмиттере транзистора равным 0,2... 0,3 В (по вольтметру V2) и отметить переход усилителя в класс усиления В. Подключить осциллограф к эмиттеру транзистора (гнездо XS6). Увеличивая напряжение входного сигнала регулировкой U_зг, установить максимальную амплитуду одной полуволны выходного сигнала усилителя, при которой не происходит искажения вершины синусоиды. Измерить напряжения U_вх (гнездо XS4), U_б (гнездо XS5) и U_вых (гнездо XS6). Вычислить коэффициенты передачи усилителя по напряжению и току, а также входное сопротивление в классе усиления В. Результаты занести в таблицу 9.

5. Исследовать работу усилителя ОБ.

Принципиальная схема усилителя ОБ представлена на рис. 10.

Рис. 10. Принципиальная схема усилителя ОБ

5.1. Установить сопротивление R_к1 = 15,1 кОм, переключив SA6 в верхнее положение. Задать рабочую точку усилителя ОБ установив напряжение на коллекторе транзистора  5 В, регулируя напряжение смещения с помощью +Е2. Напряжение на коллекторе контролируется по вольтметру V1 (шкала прибора 20 В).

5.2. Установить значение внешнего входного сопротивления R_вх = 10 кОм, переключив SA5 в верхнее положение. Подключить осциллограф к контрольному гнезду XS3, подключить ГЗЧ к входу усилителя, переключив SA1 в верхнее, а SA2 в нижнее положение. Установить такое напряжение ГЗЧ регулятором U_зг, чтобы на осциллографе наблюдался неискаженный синусоидальный сигнал с амплитудой 1,.5...2 В.

5.3. Измерить с помощью осциллографа напряжения U_вх (гнездо XS1), U_э (гнездо XS2) и U_вых (гнездо XS3). Установить величину R_к2 = 5,1 кОм, переключив SA6 в нижнее положение, и, не меняя режима усилителя по постоянному току и величины входного синусоидального сигнала, повторно измерить напряжения U_вх, U_э и U_вых. Результаты измерения занести в таблицу 10.

Таблица 10

Результаты измерений U_вх, U_Э и U_вых

Усилитель ОБ	Класс усиления А
	Rк=15,1 кОм	Rк=5,1 кОм
Uвх
Uэ
Uвых

Вычислить коэффициенты передачи усилителя ОБ по напряжению К_U=U_вых/U_э при разных значениях R_к.

5.4. Вычислить значения входного и выходного токов усилителя ОБ:

I_вх = (U_вх – U_э)/R_вх; I_вых = U_вых /R_к

и определить коэффициенты передачи усилителя по току К_I = I_вых/I_вх при разных значениях R_к.

5.5. Определить входное и выходное сопротивления усилителя ОБ по переменному току. Входное сопротивление определяется два раза при разных значениях R_к по формуле r_вх= U_э/I_вх, а выходное - один раз по изменениям напряжений и токов на выходе усилителя .

6. Результаты вычислений коэффициентов передачи по напряжению и току, входных и выходных сопротивлений для класса усиления А занести в табл. 11.

Таблица 11

Результаты вычислений коэффициентов передачи в классе усиления А

Параметры усилителей	ОЭ		ОК		ОБ
	Rк=4,4 кОм	Rк=2,2 кОм	Rэ=2,46 кОм	Rэ=0,26 кОм	Rк=15,1 кОм	Rк=5,1 кОм
КU
KI
rвх
rвых