Лабораторна робота № 10

ТЕМА: Дослідження підсилювача на транзисторі

НАВЧАЛЬНА МЕТА:: вивчення принципу роботи та основних показників підсилювача на транзисторі

ОБЛАДНАННЯ ТА ОСНАЩЕННЯ: ПЕОМ, програма Electronics Workbench

Рисунок 1 – Схема дослідження підсилювача на БТ

Основні теоретичні положення:

Підсилювач - це пристрій, який призначений для підсилення потужності вхідного сигналу за рахунок споживання енергії джерела живлення.

Залежно від схеми вмикання біполярного транзистора підсилювачі підрозділяються на підсилювачі із загальним емітером, загальною базою і загальним колектором.

Схема підсилювача із загальним емітером наведена на рис. 1.

Рисунок 1 – Схема електрична принципова підсилювача на БТ

Призначення елеиентів схеми і їх вплив на режим роботи наступний:

- резистор R_К забезпечує підсилення за напругою. Коефіцієнт підсилення за напругою дорівнює

К_U = U _вих /U _вх = ∆І_К∙R_К / U _вх.

Зменшення опору R_К не повинно приводити до зміни струму колектора І_К0, оскільки І_К0 = І_Б0 ∙h₂₁, але коефіцієнт підсилення К_U повинен зменшитись.

Резистори R₁, R₂ утворюють дільник напруги, який забезпечує напругу зміщення на базу транзистора, а значить забезпечує режим роботи транзистора за постійним струмом. Зменшення опору R₁ повинно призводити до збільшення струму бази І_Б0 , а значить і до збільшення струму колектора І_К0. При збільшенні струму І_К0 повинен збільшитись коефіцієнт підсилення за напругою.

Резистор в емітері R_Е утворює від'ємний зворотний зв'язок (ВЗЗ) за постійним струмом і за змінним струмом. Конденсатор С_Е усуває ВЗЗ за змінним струмом, ВЗЗ за постійним струмом залишається, що термостабілізує роботу транзистора. Зменшення опору R_Е зменшує ВЗЗ, а значить погіршує термостабілізацію. Підключення конденсатора С_Е значно збільшує підсилення каскаду.

До основних параметрів підсилювачів відносяться: коефіцієнти підсилення по напрузі струму потужності вхідний опір вихідний опір , коефіцієнт корисної дії

де Р₂ - потужність, що споживається підсилювачем з навантаженням, Р₁ - потужність, що надходить у навантаження.

Так як схема підсилювача містить у собі реактивні елементи, а якості транзистора залежать від частоти, то коефіцієнт підсилення має різні значення на різних частотах. Це явище називається частотними викривленнями підсилювача. Для їх оцінки введено параметр, який називається коефіцієнтом частотних викривлень і дорівнює відношенню коефіцієнта підсилення на даній частоті К_U(ω), до коефіцієнта підсилення на середніх частотах К_Ua, тобто і оцінюється за амплітудно-частотною характеристикою (рис.2). Амплітудно-частотна характеристика (АЧХ) – це залежність модуля коефіцієнта підсилення від частоти │К_U│ = f(ω).

Частоти, на яких коефіцієнт підсилення досягає гранично допустимого значення, називаються верхньою ω_{в гр.} і нижньою ω_{в н.} граничними частотами - на яких підсилення зменшується до допустимого (чи заданого) значення величини (наприклад, у √2 рази), а їх різниця Δω = ω_в.гр - ω_н.гр - смугою пропускання підсилювача (рис. 2). Значення К₀ у смузі середніх частот визначає номінальний коефіцієнт підсилення.

Рисунок 2 – АЧХ підсилювача

Однією з основних характеристик підсилювача є його амплітудна характеристика - це залежність амплітуди вихідного сигналу U_вихт до амплітуди вхідного сигналу U_ехт на деякій постійній частоті U_вихт = f (U_ехт) (рис. 3).

Рисунок 3 – АХ підсилювача

Амплітудна характеристика (АХ) ідеального підсилювача є пряма лінія, що проходить через початок координат, а амплітудна характеристика реального підсилювача збігається з характеристикою ідеального підсилювача тільки на ділянці аб. При більших вхідних сигналах U_ехт > U_{ехт max}, вихідна напруга підсилювача перестає зростати; це пов'язане з тим, що робоча точка транзистора опиняється в області насичення або відтинання (це виникає за рахунок нелінійних якостей транзистора). При цьому вихідний сигнал викривляється. Це явище називається нелінійним викривленням і оцінюється коефіцієнтом гармонік де Р_n— потужність n-ої гармонійної складової вихідного сигналу, Р₁ - потужність 1-ої гармоніки.

Для того, щоб визначити коефіцієнти підсилення по напрузі, струму і потужності, треба, крім вхідної і вихідної напруги, визначити вхідний і вихідний опори.

Для визначення вхідного опору використовують схему (рис. 4).

Рисунок 4 - Схема для визначення вхідного опору

У цій схемі: Е_г - напруга на виході звукового генератора; R - проградуйований змінний опір.

Рисунок 5

де Км - змінний проградуйований опір.

Підсилювач з боку вихідних затискачів, являє собою активний двополюсник з ЕРС U_вих.х.х і вихідним опором R_вих., який треба виміряти.