Описание экспериментального макета. В данной работе изучается усилительный каскад на транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером. Схема макета приведена на рис. 2.6.

Рис. 2.6

Резисторы R1 и R2 предназначены для начальной установки постоянного напряжения на базе. С этим напряжением будет складываться переменное напряжение сигнала U_вх. Постоянное напряжение можно регулировать с помощью переменного резистора R1 и измерять встроенным в макет вольтметром. В реальных усилителях этот резистор всегда ставится постоянным, но в нашем случае переменный резистор нужен для того, чтобы иметь возможность снять передаточную характеристику усилительного каскада. Передаточной (или проходной) характеристикой называется зависимость выходного параметра (в нашем случае это ток коллектора, измеряется встроенным в макет миллиамперметром) от входного параметра (в нашем случае это напряжение эмиттер – база). Входной переменный сигнал подается на базу через конденсатор С1, выходной же усиленный сигнал снимается с коллектора транзистора также через конденсатор С2. Если усилитель предназначен для усиления звуковых частот, то конденсаторы С1 и С2 должны иметь большую емкость, т. е. на практике это электроли- тические конденсаторы, у которых необходимо соблюдать полярность.

Наличие источника питания само собой разумеется, поэтому на схемах он часто не изображается, обозначается только точка, куда он подключен (на нашей схеме это точка +U_пит), второй, минусовый, провод источника подключается к общему проводу схемы (если другое специально не оговорено).

Практические задания

1. Снять передаточную характеристику исследуемого транзисторного каскада. Для этого воспользоваться резистором R1 и встроенными в макет измерительными приборами – вольтметром и миллиампер- метром.

2. Построить график передаточной характеристики. Из полученного графика определить коэффициент усиления по напряжению для линейного участка графика.

3. Выставить величину коллекторного тока приблизительно на середину линейного участка. Подать на вход схемы сигнал от синусоидального генератора (1000 Гц), на выход подключить осциллограф. Величиной входного сигнала добиться неискаженной синусоиды на выходе и определить коэффициент усиления. Сравнить его со значением, полученным в пункте 2.

4. Меняя резистором R1 постоянное напряжение на базе, пронаблюдать на осциллографе и зарисовать искажение синусоиды верхней и нижней частями передаточной характеристики.

Контрольные вопросы

1. Какое соотношение лежит в основе усилительных свойств транзистора?

2. Что нужно изменить в исследуемой схеме, если вместо транзистора со структурой n-p-n использовать транзистор p-n-p?

3. Как соотносятся фазы входного и выходного напряжений в исследуемой схеме?

4. Каков будет общий коэффициент усиления усилителя, состоящего из трех таких же, как изучаемый, каскадов усиления?

Работа 3 сборка и изучение rs-триггера на логических элементах

Существует несколько типов триггеров. Наиболее простым является RS-триггер. Как главнейшая составная часть этот триггер входит и во все остальные более сложные типы триггеров.

RS-триггер представляет собой устройство с двумя устойчивыми состояниями. Каждое из этих состояний может продолжаться сколь угодно длительное время, пока нет воздействия на триггер внешними сигналами. Таким образом, триггер является элементом памяти, который может хранить полученную с помощью внешних сигналов информацию. Идея триггера демонстрируется на рис. 3.1.

Рис. 3.1

Здесь имеются два инвертора, выходы каждого из них соединены с входом другого. Предположим, что на входе правого инвертора присутствует логический нуль. Тогда на его выходе, согласно логике работы инвертора, будет логическая единица. Эта единица проводником передается на вход левого инвертора, следовательно, на выходе левого инвертора будет логический нуль. Этот нуль передается снова на вход правого инвертора, где он и был предположен вначале. При таком распределении потенциалов в схеме не возникает противоречий, так как схема находится в устойчивом состоянии. Примером противоречий может быть такой случай, когда на концах одного провода появляются разные потенциалы (этого не может быть, так как при ничтожно малом сопротивлении провода по нему должен пойти огромный ток) или на входе и выходе одного инвертора присутствуют одновременно потенциалы нуля или единицы (это противоречит логике работы инвертора). Примером логически неопределенной схемы может быть схема, приведенная на рис. 3.2.

Рис. 3.2

Пока выход последнего инвертора не соединен со входом первого, состояние схемы может быть однозначно определено. Если же теперь замкнем кольцо инверторов, то дальнейшее поведение схемы будет непредсказуемо, т. е. распределение потенциалов в схеме может быть самым различным, в том числе возможен и автоколебательный процесс со сложным и неустойчивым во времени спектром колебаний.

Вернемся к рис. 3.1. Легко видеть, что если сменить с помощью внешнего источника сигналов состояние входа левого инвертора с логического нуля на логическую единицу, то это приведет также к устойчивому состоянию схемы с распределением потенциалов, соответствующим второй строчке таблицы. Таким образом, у этой схемы есть два устойчивых состояния.

Для того чтобы облегчить переброс схемы из одного состояния в другое с помощью внешних сигналов, схему надо немного изменить, введя развязывающие резисторы (рис. 3.3).

Рис. 3.3

В такой схеме источник сигналов, воздействуя на вход любого из инверторов, не должен преодолевать влияние гораздо более мощного выхода.

Инверторы, необходимые для построения триггера, можно получить из логических элементов «ИЛИ-НЕ» или «И-НЕ». При этом появляются дополнительные возможности: для внутренних связей в триггере можно использовать один вход элемента, а для внешних сигналов – другой. Это позволяет расширить число возможных комбинаций при использовании триггера, а также исключить развязывающие резисторы.

Схема триггера на логических элементах «2И-НЕ» или «2ИЛИ-НЕ» приведена на рис. 3.4:

Рис. 3.4

Число возможных комбинаций из логических нулей и единиц в такой схеме больше, чем в схеме с простыми инверторами, среди них есть и такие, которые ведут к неопределенности в состоянии схемы, и они должны быть исключены при построении цифровых устройств. Справа приведено условное обозначение RS-триггера на принципиальных схемах без его внутренней конкретной структуры.

На выходах Q и состояния всегда будут противоположны, что следует из логической структуры данного устройства. Такое состояние, когда на выходе Q есть логическая единица, назовем единичным состоянием триггера, противоположное – нулевым. Для того чтобы установить триггер в единичное состояние, нужно подать уровень логической единицы на вход S, если же подать логическую единицу на вход R, то триггер перейдет в нулевое состояние. Буквы S и R являются начальными буквами слов «установка» (set) и «сброс» (reset), отсюда и название такого устройства – RS-триггер. Еще такой триггер называют «триггер с раздельной установкой», имея в виду, что для смены состояний сигналы подаются в разные точки схемы (входы R и S). Есть триггеры, в которых смена состояний происходит при подаче сигналов на один и тот же вход.