10.2. Дослідження rc- підсилювача на польовому транзисторі Стислі теоретичні відомості
У лабораторній роботі досліджується підсилювач на польовому транзисторі ( ПТ ) з керувальним р-п переходом типу КП 102А (аналог 2N3971).
Зі зміною зворотної напруги на керувальному p-n‑переході (на затворі) змінюється ширина збідненої зони, а отже, і поперечний переріз провідного каналу.
Керування струмом стоку, тобто струмом зовнішнього потужного джерела в колі навантаження, здійснюється за законом змінювання вхідного інформаційного сигналу на p-n‑переході затвора (або на двох одночасно). Через малі значення зворотних струмів потужність, яка необхідна для керування струмом в навантаженні, тобто потужність, що споживається від джерела інформаційного сигналу в колі затвора, виявляється дуже малою. Тому ПТ забезпечує підсилення електричних сигналів як за потужністю, так і за струмом та напругою.
Польові транзистори можуть бути сформовані як з p-каналом, так і з n‑каналом. В ПТ з керувальним p-n‑переходом та n‑каналом полярність напруг на затворі (–) і на стоці (+) відносно витоку відповідає полярності напруг на сітці та аноді відносно катода вакуумного тріода, який, як і інші підсилювальні лампи, має «ліву» анодно-сіткову характеристику. Це дозволяє в підсилювачах на таких ПТ ефективно використовувати автоматичне зміщення, тобто автоматичне забезпечення початкового стану приладу, точки спокою.
Послідовність виконання роботи
1. Відкрити файл „ Схема рис. 10.2” ( рис.10.2).
2. Дослідити залежність напруги зміщення від величини опору
резистора в колі витоку. Для чого:
- відключити функціональний генератор від входу підсилювача
(перемикач J2 перевести у верхнє положення);
Рис.
10.2. Схема віртуального лабораторного
стенда для дослідження підсилюача на
польовому транзисторі
- відкрити передні панелі осцилографа ХSС1 та мультиметра ХММ1, перевести їх в режим виміру постійної напруги
(„DС „ „—„ );
- виміряти та занести в протокол значення напруг на витоці та стоці транзистора, змінюючи значення опору резистора R7 за допомогою клавіші А (англ., 20, 40, 60, 80, 100%).
Вимір напруги на стоці відбувається за допомогою осцилографа. Для цього візирною лінією фіксується положення лінії розгортки відносно вісі нульового потенціала. Значення напруги на стоці відображається у віконці каналу „VВ 1”. Зміщення положення розгортки відносно нульового рівня на екрані осцилографа при зміні R7 накреслити в протоколі (3 варіанти).
Проаналізувати та пояснити результати.
3.Дослідити АЧХ та ФЧХ підсилювача:
- підключити функціональний генератор до входу підсилювача
(перемикач J2 перевести в нижнє положення), відкрити передню панель, натиснути кнопку „~ „ ;
- відкрити передню панель Bode Plotter, виставити значення параметрів: межі виміру коефіцієнта передачі F = 15 дБ, І = 0 дБ, частотний діапазон F=1 МГц, І=10 Гц, для одержання АЧХ натиснути кнопку „Magnitude”;
- за допомогою візирної лінійки зафіксувати значення верхньої fв та нижньої fн граничних частот в лагорифмічному масштабі. На цих частотах коефіцієнт підсилення зменшується на – 3 дБ відносно максимального значення.
Заміри fн виконати для значень: С1 20, 60, 100%; за С2 100%, та для значень С2 20, 60% за С1 100%;
- значення fв зафіксувати при відключеному конденсаторі С5 (0% - частотні спотворення визначаються лише частотними параметрами ПТ), а також для значень 40 та 100% , що моделює наявність паразитної ємності та ємності монтажу.
Дослідити ФЧХ за максимальних значень С1, С2, та двох значень С5 (0 та 100%).
4. Дослідити вплив негативного зворотного зв’язку.
Наявність резистора автоматичного зміщення в колі витоку (R7) створює негативний зворотний зв’язок за струмом, що обумовлює зменшення коефіцієнта передачі корисного змінного інформаційного сигналу. Для усунення цього небажаного явища вмикається конденсатор С2, ємність якого дозволяє шунтувати R7 у робочому діапазоні частот. Для проведення дослідження необхідно:
-відкрити передню панель осцилографа XSC2 та функціонального генератора та натиснути кнопку „ ~”, виставити амплітуду 500... 800 мВ;
-замалювати в протоколі та визначити амплітуди гармонічних сигналів на виході підсилювача (канал А) та на витоці транзистора (канал В) для значень R7 20, 60, 100% за відсутності шунтуючого конденсатора С=0, а також для С2 (0, 60, 100%) при R7 100% на частотах вхідного сигналу 100 Гц, 10 кГц та 50кГц. Чутливість каналу „В” підвищити до рівня 500 мкВ, сигнал подавати через закритий вхід („АС”).
5. Дослідити підсилювач в часовій області.
За допомогою перемикача J2 відключити генератор від входу підсилювача.
Робочу точку змістити в центр лінійної ділянки характеристик ПТ, для чого потенціометром R7 (40... 50%) виставити на колекторі напругу Uке = 1/2 Ес = 6 В (відображається у віконці VB1 осцилографа XSC1).
Переключити функціональний генератор в режим формування прямокутних імпульсів. Подати на вхід ЕП імпульси позитивної полярності (перевести перемикачі J1 та J2 у відповідне положення).
Для дослідження форми імпульсів та їх спотворення в області великих тривалостей (малих частот ) виставити такі параметри імпульсів: частота 100 Гц, амплітуда 600 мВ, шпаруватість 40%. Зафіксувати в протоколі осцилограми вхідних та вихідних імпульсів (осцилограф XSC1), а також імпульсів на витоці ПТ (канал „В” осцилографа XSC2), змінюючи значення конденсаторів С1 та С2 так само як при визначені f н .
Подати на вхід підсилювача імпульси негативної полярності (перемикач J1 перевести у верхнє положення). Зафіксувати осцилограми за умов попереднього досліду.
Для дослідження спотворень імпульсів в області малих тривалостей (передніх фронтів) встановити такі параметри негативних імпульсів функціонального генератора: частота f 30 МГц, шпаруватість 40%, амплітуда 600 мВ. Канали „А” осцилографів відображають вхідні сигнали. Вихідні сигнали - канал „В” осцилографа XSC1, а сигнали на витоці ПТ канал „В” при збільшенні чутливості до 500 мВ.
Занести до протоколу осцилограми імпульсів на виході підсилювача.
Виміряти тривалість переднього фронту імпульсів за умов дослідження fв.
Вимкнути моделювання.
Зміст звіту
Зміст повинен вміщувати:
1) мету лабораторної роботи;
2) принципові електричні схеми підсилювачів;
3) результати експериментальних досліджень у вигляді таблиць, осцилограм та графіків;
4) розрахунки параметрів підсилювачів, на які вказано у порядку виконання роботи;
5) висновки, які базуються на аналізі отриманих результатів.