Содержание отчета

- принципиальные схемы исследования однокаскадных усилителей на биполярных транзисторах;

- таблицы результатов измерений и вычислений коэффициентов передачи по напряжению, по току, входного и выходного сопротивления усилителей.

Контрольные вопросы

1. Какими параметрами можно охарактеризовать любой транзисторный усилитель?

2. Как определить коэффициенты передачи усилителя по току и напряжению?

3. Как определить входное сопротивление усилителя?

4. Как определить выходное сопротивление усилителя?

5. Чем объяснить различие в параметрах усилителей при разных схемах включения транзистора?

6. Как влияет изменение нагрузки на параметры усилителя?

7. Какие бывают классы усиления?

8. Чем определяется класс усиления?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5

Исследование частотных свойств однокаскадных транзисторных усилителей

Цель работы: экспериментальное получение и сравнение амплитудно-частотных характеристик транзисторных усилителей по схеме ОЭ, ОК и ОБ.

Теоретические сведения

С ростом частоты входного сигнала изменяются основные свойства и параметры транзистора: растет сдвиг фаз между входными и выходными токами, снижаются величины коэффициентов передачи тока эмиттера и базы - усилительные свойства транзистора ухудшаются. Это обусловлено двумя основными факторами:

1) влиянием емкостей эмиттерного и коллекторного переходов;

2) инерционностью перемещения носителей зарядов через область базы.

В области низких частот коэффициент усиления также может уменьшаться, что вызвано возрастанием сопротивления переходных конденсаторов во входной цепи усилителей. Особенно сильно это сказывается в усилителе ОБ, так как его собственное входное сопротивление достаточно мало.

График зависимости коэффициента усиления от частоты называется амплитудно-частотной характеристикой (АЧХ). Поскольку частота изменяется в широких пределах, то масштаб по оси абсцисс выбирается логарифмическим. В зависимости от схемы включения транзистора коэффициент усиления может быть от долей единицы до ста и более раз. Поэтому по оси ординат масштаб выбирается по нормированной величине коэффициента усиления, которая определяется как отношение коэффициента усиления на данной частоте к максимальному его значению во всем диапазоне частот. Примерный вид графиков амплитудно-частотных характеристик представлен на рис. 11.

Рис. 11. АЧХ усилителей

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с принципиальными схемами однокаскадных усилителей, представленными на рис. 8 (ОЭ), рис. 9 (ОК) и рис. 10 (ОБ).

2. Отключить встроенный ГЗЧ от усилителей, переключив SA1 в нижнее положение.

3. Исследовать усилитель ОЭ.

3.1. Установить сопротивление в коллекторе транзистора R_к = 2,2 кОм, переключив SA4 в нижнее положение. Задать рабочую точку усилителя, установив на коллекторе транзистора напряжение 5 В, регулируя напряжение смещения в базовой цепи с помощью -Е1. Напряжение на коллекторе контролируется по вольтметру V3 (шкала прибора 15 В).

3.2. Установить R_вх = 0, переключив SA5 в нижнее положение. Подключить к входу усилителя встроенный ГЗЧ, переключив SA1, SA2 и SA3 в верхнее положение.

3.3. Подключить осциллограф к выходу усилителя (контрольному гнезду XS9) и, регулируя выходное напряжение и частоту ГЗЧ, установить на выходе усилителя амплитуду синусоидального сигнала U_вых = 1 В с частотой 1000 Гц.

3.4. Снять амплитудно-частотную характеристику усилителя, изменяя частоту входного сигнала от 200 Гц до 200 кГц. Для этого измерять с помощью осциллографа напряжения на входе U_вх (контрольное гнездо XS7) и выходе U_вых (контрольное гнездо XS9) усилителя. Результаты измерений занести в табл. 12.

3.5. Рассчитать коэффициент усиления по напряжению на каждой частоте К_U=U_вых/U_вх. Для удобства сравнения рассчитать нормированное значение коэффициента усиления К_Uнорм = К_U/К_Uмах для каждой частоты (на частоте, при которой К_U максимально, К_Uнорм = 1, на остальных К_Uнорм <1).

3.6. Установить R_вх = 10 кОм, переключив SA5 в верхнее положение. Увеличить сигнал от ГЗЧ, чтобы амплитуда выходного сигнала U_вых стала равна 1 В на частоте 1000 Гц. Снять амплитудно-частотную характеристику усилителя при R_вх=10 кОм. Результаты измерений занести в табл. 12. Рассчитать К_U и К_Uнорм.

Таблица 12

Результаты измерений U_вх, U_вых, K_U, K_Uнорм при различных значениях частоты

и входного сопротивления однокаскадного усилителя

Rвх=0
Частота	Uвх	Uвых	KU	KUнорм
250 Гц
500 Гц
1000 Гц
2 кГц
5 кГц
10 кГц
20 кГц
50 кГц
100 кГц
200 кГц
Rвх=10 кОм
Частота	Uвх	Uвых	KU	KUнорм
250 Гц
500 Гц
1000 Гц
2 кГц
5 кГц
10 кГц
20 кГц
50 кГц
100 кГц
200 кГц

4. Исследовать усилитель ОК.

4.1. Установить сопротивление в эмиттере транзистора R_э = 2,26 кОм, переключив SA6 в верхнее положение. Задать рабочую точку усилителя, установив на эмиттере транзистора напряжение 3...4 В, изменяя напряжение смещения с помощью -Е1 и контролируя напряжение на эмиттере по вольтметру V2 (шкала вольтметра 15 В).

4.2. Установить R_вх = 0, переключив SA4 в нижнее положение. Подключить ГЗЧ к входу усилителя, переключив SA1 и SA2 в верхнее, а SA3 в нижнее положение.

4.3. Подключить осциллограф к выходу усилителя (контрольному гнезду XS6) и, регулируя выходное напряжение ГЗЧ, установить на выходе усилителя амплитуду синусоидального сигнала U_вых = 1 В.

4.4. Снять амплитудно-частотную характеристику усилителя, изменяя частоту входного сигнала от 200 Гц до 200 кГц и измеряя с помощью осциллографа напряжения на входе U_вх (контрольное гнездо XS4) и выходе U_вых (контрольное гнездо XS6) усилителя. Результаты измерений занести в таблицу 13, аналогичную таблице 12. Рассчитать коэффициент усиления по напряжению на каждой частоте К_U = U_вых/U_вх. Поскольку в схеме ОК К_U < 1, нормированное значение не рассчитывается.

4.5. Установить R_вх = 10 кОм, переключив SA4 в верхнее положение. Увеличить сигнал от ГЗЧ, чтобы амплитуда выходного сигнала стала равна 1 В

на частоте 1000 Гц. Снять амплитудно-частотную характеристику усилителя при R_вх=10 кОм. Результаты измерений занести в таблицу 13. Рассчитать К_U для каждой частоты.

5. Исследование усилителя ОБ.

5.1. Установить сопротивление в коллекторе транзистора R_к = 10 кОм, переключив SA6 в нижнее положение. Задать рабочую точку усилителя, установив на коллекторе транзистора напряжение 9...10 В, изменяя напряжение смещения с помощью +Е2 и контролируя напряжение на коллекторе по вольтметру V1 (шкала вольтметра 20 В).

5.2. Установить R_вх = 0, переключив SA5 в нижнее положение. Подключить ГЗЧ к входу усилителя, установив SA1 в верхнее, а SA2 в нижнее положение.

5.3. Подключить осциллограф к выходу усилителя (контрольному гнезду XS3) и, регулируя выходное напряжение ГЗЧ, установить на выходе усилителя амплитуду синусоидального сигнала U_вых = 0,5 В на частоте 1000 Гц.

5.4. Снять амплитудно-частотную характеристику усилителя, изменяя частоту входного сигнала от 200 Гц до 200 кГц. Напряжение измерять с помощью осциллографа на входе U_вх (контрольное гнездо XS1) и выходе U_вых (контрольное гнездо XS3) усилителя. Результаты измерений занести в таблицу 14, аналогичную таблице 12. Рассчитать коэффициенты усиления по напряжению К_U = U_вых/U_вх на каждой частоте и К_Uнорм = К_U/К_Uмах.

5.5. Установить R_вх = 10 кОм, переключив SA5 в верхнее положение. Увеличить сигнал от ГЗЧ так, чтобы амплитуда выходного сигнала равна 0,5 В на частоте 1000 Гц. Снять амплитудно-частотную характеристику усилителя при R_вх=10 кОм. Результаты измерений занести в таблицу 14. Рассчитать К_U и К_Uнорм для каждой частоты.

6. Построить графики амплитудно-частотных характеристик усилителей, используя логарифмический масштаб по оси х для частоты, и значение К_U для схемы ОК и К_Uнорм для схем ОЭ и ОБ. Графики построить для значений R_вх = 0 и R_вх = 10 кОм отдельно.