Методы к лабам / лаб_раб 15

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I»

(ФГБОУ ВО ПГУПС)

Кафедра «Электрическая связь»

ИССЛЕДОВАНИЕ СХЕМ УСИЛИТЕЛЕЙ НА ТРАНЗИСТОРАХ

Методические указания к выполнению лабораторной работы № 15 по курсу

«Электроника»

Санкт-Петербург

2004

Методическое указание позволяет выполнить лабораторную работу и на лабораторном стенде и на ПК при помощи пакета программ Workbench 5.0.

1. Цель работы.

Целью работы является определение основных свойств усилителей напряжения низкой частоты на транзисторах, включенных по схемам с общим эмиттером, с общей базой и с общим коллектором.

2. Краткие сведения из теории.

Усилителем называется электронное устройство, предназначенное для усиления мощности входного сигнала.

2.1.Усилительный каскад.

Простейшим усилителем является усилительный каскад, содержащий нелинейный управляемый элемент УЭ, как правило, биполярный или полевой транзистор, резистор R и источник электрической энергии E

(рис.1).

Рисунок 1.

Структурная схема усилительного каскада.

Усилительный каскад имеет входную цепь, к которой подводится входное напряжение вых. Усиленный сигнал имеет значительно большую мощность по сравнению с входным сигналом. Увеличение мощности сигнала происходит за счет источника электрической энергии E . Процесс усиления осуществляется посредством изменения сопротивления нелинейного управляемого элемента УЭ, а следовательно, и тока в выходной цепи под действием входного напряжения или тока. Входное напряжение снимается с управляемого элемента УЭ или резистора R. Таким

Резистор Rб, включенный в цепь базы, обеспечивает положение рабочей точки на нагрузочной характеристике усилителя в режиме покоя, т.е. в отсутствии входного сигнала.

В данной лабораторной работе исследуются линейные электронные усилители, служащие для усиления входных сигналов без изменения их формы. Это можно обеспечить если рабочая точка будет находится на середине нагрузочной характеристики усилителя.

Рисунок 3. Схема усилителя с ОБ.

В этой схеме ток смещения базы в режиме покоя, обеспечивающий работу усилителя на линейном участке нагрузочной характеристики, служит резистор Rб. Конденсатор б имеет на частоте усиливаемого напряжения незначительное сопротивление, поэтому можно считать, что по переменной составляющей тока входной цепи, база соединена с общей точкой выходной цепи. Входное напряжение вх подается между эмиттером и базой, а выходное напряжение вых снимается между коллектором и базой. Нагрузочный резистор Rк включен в цепь коллектора.

Усилитель ОБ имеет примерно такой же коэффициент усиления по напряжению Ku, как и в схеме усилителя ОЭ, но коэффициент усиления по току K у него меньше единицы, так как выходным током вых является коллекторный ток к, а входным током вх - ток эмиттера э, который больше тока коллектора на величину тока базы б. Таким образом, коэффициент усиления по мощности Kp=Ki Ku усилителя ОБ значительно меньше, чем у

усилителя ОЭ. Другим недостатком усилителя ОБ является малое входное сопротивление вх.

2.3 Усилитель с общим коллектором.

В этом усилителе нагрузочный резистор Rэ, с которого снимается выходное напряжение, включен в цепь эмиттера, а коллектор по переменной составляющей тока и напряжения через конденсатор большой емкости 2 соединен с общей точкой усилителя. Таким образом, входное напряжение подается между базой и коллектором, а выходное напряжение снимается

Рисунок 4. Схема усилителя с ОК.

между эмиттером и коллектором с нагрузочного резистора Rэ. Следовательно, коллекторный вывод является общим для входной и выходной цепей. Резистор Rб создаѐт начальный ток смещения в цепи базы в режиме покоя. Его значение выбирают таким, чтобы рабочая точка в режиме покоя находилась примерно по середине нагрузочной характеристики усилителя.

Усилитель ОК обеспечивает максимальное усиление тока по сравнению с усилителями ОЭ и ОБ.

Напряжение выходной цепи вых = эк меньше входного напряжениявх = бк на величину падения напряжения на открытом эмиттерном переходе. Поэтому в усилителях ОК коэффициент усиления по напряжению Ku, меньше единицы.

Достоинством усилителя ОК является большое входное сопротивление Rвх И низкое выходное Rвых cопротивление. Это позволяет использовать

Выполнение лабораторной работы начинается с установки

1.Включить генератор низкой частоты в режиме генерирования синусоидального напряжения.

2.Установить частоту синусоидального напряжения r = 1000 Гц и э.д.с. генератора низкой частоты r = 50MB. Для этого:.

3.Включить мультиметр 1.

4.Вольтметр VI переключить в режим измерения переменного напряжения ( ~) и установить требуемый предел измерения.

5.Подключить вольтметр VI к выходным гнездам генератора НЧ.

6.После проверки преподавателем или лаборантом схемы подключения вольтметра VI включить питание лабораторного стенда. Включение лабораторного стенда производится выключателем, расположенным в верхнем левом углу базового модуля.

7.Установить по вольтметру VI ручкой настройки генератора НЧ э.д.с.

r = 50 мВ. В дальнейшем при выполнении лабораторной работы к ручке настройки не прикасаться.

8.Установить напряжение источника коллекторного питания к = 12 B. используя для этого источник напряжения , расположенный на лабораторном модуле и вольтметр VI, переключив его в режим измерения постоянного напряжения (U-). После установления

напряжения к вольтметр VI вновь переключить в режим измерения переменного напряжения.

9.Выключить питание лабораторного стенда.

10.Включить мультиметр 2. Вольтметр V2 должен находиться в режиме измерения переменного напряжения.

11.Собрать схему лабораторного макета усилителя ОЭ (рис.5).

12.Включить в цепь коллектора сопротивление нагрузки 2 = 50 Ом.

13.После проверки преподавателем или лаборантом собранного макета лабораторной установки включить питание лабораторного стенда.

14.Снять показания результатов измерения приборами : вольтметра VI

(входной ток усилителя вх); вольтметра V3 ( выходной ток усилителявых); вольтметра V2 (входное напряжение усилителя вх ); вольтметра V4 (выходное напряжение усилителя вых).Результаты измерений записать в cоответствующие столбцы таблицы 1.

15.Зарисовать осциллограммы входного и выходного напряжений на одной временной диаграмме.

16.Повторить пункты п.14 и п.15 при сопротивлениях 2 =100 Ом, 200 Oм, 400 Ом и 600 Ом.

3.2.Исследование усилителя ОЭ на ПК.

Исследование усилителя на ПК выполняется при помощи пакета программ Workbench ЕДА 5.0. Для выполнения лабораторной работы необходимо:

1.Смоделировать схему усилителя ОЭ в соответствии с рисунком 6. Сопротивление нагрузки в коллекторной цепи установить 2 =50 Ом.

2.Снять показания приборов: амперметра M1( вх), амперметра М2

( вых), вольтметра М3 ( вх ), вольтметра М4 ( вых). Результаты показаний приборов записать в соответствующие столбцы таблицы 1.

3.Зарисовать осциллограммы входного и выходного напряжений.

4.Повторить п.2 и п.3 при сопротивлениях нагрузки в коллекторной цепи 2 = 100 Ом, 2 = 200 Ом, 2 = 400 Ом и 2 = 600 Ом.

Рисунок 6. Электрическая схема усилителя ОЭ.

3.3.Исследование усилителя ОБ на лабораторном стенде.

Для исследования усилителя ОБ на лабораторном стенде необходимо: 1.Установить э.д.с. генератора НЧ r = 500 мB в том же порядке, как это делалось в при исследовании усилителя ОЭ в п.1 ÷ п.8.

2.Собрать схему усилителя ОБ (рис.7).

3.После проверки преподавателем или лаборантом собранной схемы включить питание лабораторного стенда.

4.Снять показания приборов: вольтметра V1 ( вх), вольтметра V4 ( вых), вольтметра V2 ( вх) и вольтметра V3 ( вых). Результаты измерений записать в соответствующие столбцы таблицы 2.

5. Зарисовать осциллограммы входного и выходного напряжений при 2 =

200 Ом и 2 = 600 Ом

Рисунок 7.

Электрическая схема лабораторного макета усилителя Об.

3.4.Исследование усилителя ОБ на ПК.

Исследование усилителя ОБ выполняется при помощи пакета программ Workbench EДА 5.0. Для выполнения исследования необходимо:

1.Смоделировать схему усилителя ОБ в соответствии с рисунком 8.

2.Снять показания приборов: амперметра М1 ( вх), амперметра М4 ( вых) вольтметра М2 ( вх) и вольтметра М3 ( вых). Результаты измерений записать в соответствующие столбцы таблицы 2.