4 Контрольные вопросы

1. Перечислите основные параметры диода при его работе в схемах выпрямителей.

2. Опишите работу однофазного однополупериодного выпрямителя на активную нагрузку.

3. Опишите работу однофазного двухполупериодного мостового выпрямителя.

4. Объясните принцип работы простейших сглаживающих фильтров и укажите их основные качественные показатели.

5. Объясните работу выпрямителя при наличии емкостного фильтра.

Лабораторная работа 2 усилительный каскад

НА БИПОЛЯРНОМ ТРАНЗИСТОРЕ С ОБЩИМ ЭМИТТЕРОМ

1 Цель работы

Изучить основные характеристики биполярного транзистора и усилительного каскада на его основе. Уметь рассчитывать усилител ьный каскад и экспериментально исследовать его характеристики.

2 Теоретическая часть

2.1 Основные определения

Усилитель - устройство, предназначенное для увеличения мощности входного сигнала. Усиление входного сигнала осуществляется путем преобразования энергии источника питания в энергию усиленного сигнала активным элементом, например, биполярным транзистором.

Рисунок 2.1 – Принципиальная схема усилительного каскада

Как правило, усилитель можно разделить на несколько однотипных элементарных ячеек, которые называют усилительными каскадами. Один из типовых усилительных каскадов показан на рисунке 2.1.

Важнейшим параметром, характеризующим работу усилительного каскада, является коэффициент усиления. Коэффициентом усиления по напряжению называют отношение напряжения на выходе усилительного каскада к напряжению на входе. В режиме синусоидального сигнала при расчете коэффициента усиления используют амплитудные значения напряжения: Uâûõ .

^K_U 

U_âõ

Коэффициент усиления K_U зависит от частоты усиливаемого сигнала. Эта зависимость называется амплитудно-частотной характеристикой (АЧХ):

K_U  F( f ).

Обычно эту характеристику строят в логарифмическом масштабе 20lg K_U  F(lg f ) и называют логарифмической амплитудночастотной характеристикой (ЛАЧХ).

Другой важной характеристикой является амплитудная характеристика – зависимость амплитуды выходного сигнала от амплитуды входного сигнала либо аналогичная зависимость для действующих значений:

Uâûõ  F(Uâõ ).

Биполярный транзистор характеризуется множеством параметров, отметим лишь те, которые потребуются для анализа и расчета усилительного каскада.

Температурный потенциал:

_  kT / q,

где k  1,3810^-23 Дж/К – постоянная Больцмана;

q  1,6  10^-19 Кл – заряд электрона; Т - абсолютная температура, К.

Температурный потенциал является одной из фундаментальных величин полупроводниковой техники. Полезно запомнить, что при Т = 293 К (“комнатная” температура) _T  25 мВ.

Напряжение база-эмиттер ^U _ÁÝ задает режим работы (“рабочую точку”) транзистора и составляет для кремниевого транзистора примерно 0,6 В, а для германиевого – примерно 0,2 В.

Крутизна S характеризует изменение коллекторного тока ^I_K в зависимости от изменения напряжения база-эмиттер ^U_ÁÝ :

S _ I_K

U_ÁÝ при постоянном напряжении ^U _ÊÝ .

Крутизна может быть измерена по вольт-амперным характеристикам транзистора, однако практически это неудобно. Крутизну можно вычислить по коллекторному току и температурному потенциалу: I^K .

S 

Ò

Таким образом, крутизна пропорциональна коллекторному току и не зависит от индивидуальных свойств транзистора.

Коэффициент передачи тока определяется выражением

^h 21Ý  I^Ê

IÁ при постоянном напряжении ^U _KÝ .

Индексы “21” (два-один) заимствованы из теории четырехполюсника, в которой цифрой “2” обозначают выход, а цифрой “1” – вход четырехполюсника. Индекс “Э” указывает на способ включения транзистора, при котором эмиттер входит как во входную, так и в выходную цепи – так называемая схема с общим эмиттером. Коэффициент ^h 21Ý непременно приводится в справочниках по транзисторам.

Транзистор в качестве нагрузки для источника сигнала может быть охарактеризован дифференциальным входным сопротивлением h 11Ý  UÁÝ

IÁ при постоянном напряжении U_КЭ.

Дифференциальное входное сопротивление транзистора h_11Э может быть найдено с помощью крутизны или температурного потенциала

h 11Ý  UÁÝ  UÁÝ  h 21Ý  h 21Ý Ò

IÁ IÊ / h 21Ý S IÊ

Итак,

h 21Ý  h 21Ý T .

h 11Ý 

S I_K

Транзистор в качестве источника может быть охарактеризован дифференциальной выходной проводимостью

^h 22Ý  I^Ê

U_ÊÝ

при постоянном токе I_Б.

На практике h_22Э можно вычислить по приращениям напряжения и тока на выходных характеристиках I_К = F (U_К) транзистора либо грубо оценить с помощью следующей зависимости:

I^Ê h 22Ý  _ U

Напряжение U^ (напряжение Эрли) лежит в пределах 80 ... 200 В для транзисторов n-p-n и 40 ... 150 В для транзисторов p-n-p.