Лаб раб 3 Электроника 1.1 Гайдук 5А03

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«Национальный исследовательский Томский политехнический Университет»

Инженерная школа энергетики

Отделение электроэнергетики и электротехники

Направление: 13.03.02 Электроэнергетика и электротехника

«Исследование усилительных каскадов на биполярных транзисторах»

Лабораторная работа №3

по дисциплине:

Электроника 1.1

Выполнил: :
студент гр. 5А03			Гайдук К.А.		22.11.2022
			Самсонов Д.П.
Проверил:
доцент ОЭЭ ИШЭ			Глазачев А.В.

Томск – 2022

Цель работы:

Изучение основных свойств усилительных каскадов на биполярных транзисторах, определение их входных и выходных сопротивлений.

Оборудование:

Источник питания, осциллограф, выпрямительные диоды, резистор, конденсатор, мультиметр.

Исследуемые схемы:

Схемы включения биполярного транзистора и монтажные схемы опытов представлены на рисунках 1-4.

Рис.1. Схемы включения биполярного транзистора: а) с ОЭ; б) с ОК; в) с ОБ

Рис.2. Монтажная схема соединения УК с ОЭ

Рис.3. Монтажная схема УК с ОК

Рис.4. Монтажная схема УК с ОБ

Результаты исследований:

	Схема с ОЭ	Схема с ОК	Схема с ОБ
	0,89	3,73	0,28
	4,81	3,25	4,58
	0,23	0,31	0,09
	4,7	3,07	0,13
	1,2 (при	3,05 (при	3,34 (при
	0,322 (при	2,32 (при	0,007 (при
	0,23	0,31	9
	14,2	9,3	0,4
	5,4	0,87	16,36
	61,7	30	0,04
	333,18	26,1	0,65
	3	0,03	0,37
	0,07	2,5	0,0015

Осциллограммы напряжений на входе и выходе усилительных каскадов представлены на рисунках 5-7:

Рис.5. Осциллограмма напряжения на входе и выходе усилительных каскадов с ОЭ

Рис. 6 Осциллограмма напряжения на входе и выходе усилительных каскадов с ОК

Рис. 7 Осциллограмма напряжения на входе и выходе усилительных каскадов с ОБ

Расчёты:

Опыт №1. Регистрация характеристик каскада с ОЭ:

Опыт №2. Регистрация характеристик каскада с ОК:

Опыт №3. Регистрация характеристик каскада с ОБ:

Вывод: в ходе лабораторной работы были рассмотрены две схемы включения биполярного транзистора: с общим эмиттером, общим коллектором. Были определены их входные и выходные сопротивления и токи, рассчитаны коэффициенты усиления по напряжению, току, и мощности.

Ответы на контрольные вопросы:

1. Для чего служат делители напряжения в цепи базы усилительных каскадов?

Делители напряжения в цепи базы усилительных каскадов используют для того, чтобы получить заданное выходное напряжение из большего входного (постоянного или переменного) напряжения.

2. Почему происходит искажение выходного сигнала?

В реальном усилителе форма выходного сигнала отличается от формы входного сигнала. Отклонение формы выходного напряжения усилителя от формы входного усиливаемого сигнала называется искажением сигнала. Это происходит, когда характеристика выходного напряжения нелинейно зависит от входного.

3. Как влияет температура на биполярный транзистор?

Существенным недостатком транзисторов является зависимость их характеристик от изменения температуры, или температурная нестабильность. При повышении температуры увеличивается электропроводность полупроводников, и токи в них возрастают. В наибольшей степени возрастает обратный ток p-n-перехода (начальный ток коллектора). Это приводит к изменению характеристик p-n-перехода. Одновременно температурные изменения оказывают влияние на величину коэффициентов передачи. Изменение обратных токов и коэффициентов усиления приводит к смещению входных и выходных характеристик транзисторов, что может привести к нарушению его нормальной работы или схемы на его основе.

4. В чем особенность эмиттерного повторителя?

Эмиттерный повторитель — частный случай повторителей напряжения на основе биполярного транзистора. Характеризуется высоким усилением по току и коэффициентом передачи по напряжению, близким к единице. При этом входное сопротивление относительно велико (однако оно меньше, чем входное сопротивление истокового повторителя), а выходное — мало. Особенностью повторителя является то, что при управлении малыми переменными сигналами к нему благодаря низкому сопротивлению можно подключать низкоомную нагрузку.

5. Почему схема с ОБ имеет наибольший коэффициент по напряжению?

Схема включения транзистора с общей базой используется преимущественно в каскадах усилителей высоких частот. Усиление каскада с ОБ обеспечивает усиление только по напряжению. Данное включение транзистора позволяет более полно использовать частотные характеристики транзистора при минимальном уровне шумов. Частотная характеристика транзистора это - способность транзистора усиливать высокие частоты, близкие к граничной частоте усиления, эта величина зависит от типа транзистора.

6. Основные особенности схемы с ОК. Схема каскада с общим коллектором и эмиттерной стабилизацией обладает лучшими характеристиками по стабильности параметров. В ней глубина обратной связи по постоянному току приближается к 100%.

7. В каком из усилителей происходит инвертирование сигнала и в чём оно выражается?

Каскад с общим эмиттером обладает высоким усилением по напряжению и току. К недостаткам данной схемы включения можно отнести невысокое входное сопротивление каскада (порядка сотен ом), высокое (порядка десятков кОм) выходное сопротивление. Отличительная особенность - изменение фазы входного сигнала на 180 градусов (то есть - инвертирование). Благодаря высокому коэффициенту усиления схема с ОЭ имеет преимущественное применение по сравнению с ОБ и ОК.

8. Какой из усилителей имеет наибольший коэффициент усиления по мощности?

При схеме включения биполярного транзистора с общим эмиттером (ОЭ) входной сигнал подаётся на базу, а выходной сигнал снимается с коллектора. При этом выходной сигнал инвертируется относительно входного (для гармонического сигнала фаза выходного сигнала отличается от входного на 180°). Каскад усиливает и ток, и напряжение. Данное включение транзистора позволяет получить наибольшее усиление по мощности, поэтому наиболее распространено. Однако, при такой схеме нелинейные искажения сигнала больше, чем в схемах с общей базой или с общим коллектором.

9. Что такое режим покоя усилителя?

Режим работы усилителя, когда включены источники питания и подано смещение, но 𝑈вх = 0, называется режимом покоя.

10. Почему на низких частотах наблюдается уменьшение коэффициента усиления?

В операционном усилителе, начиная с некоторой частоты наблюдается спад коэффициента усиления, обусловленный тем, что усилительный каскад для сигналов, поступающих от источника, имеющего конечный импеданс (комплексное сопротивление двухполюсника для гармонического сигнала), является емкостной нагрузкой, и, таким образом каскад эквивалентен фильтру низких частот.

11. В каких областях можно применять каждый из усилителей?

Схема с ОЭ обладает наибольшим коэффициентом усиления по мощности, поэтому остается наиболее распространенным решением для высокочастотных усилителей, систем GPS, GSM, WiFi. В настоящее время она обычно применяется в виде готовых интегральных микросхем (MAXIM, VISHAY, RF Micro Devices), но, не зная основы ее работы, практически невозможно получить параметры, приведенные в описании микросхемы.

Схема включения транзистора с ОБ используется обычно в высокочастотных усилителях. Для приведения входного и выходного сопротивления транзистора к стандартному волновому сопротивлению линий передачи 50 Ом обычно используются фильтры нижних или верхних частот. При индуктивном сопротивлении базы и коллектора транзистора в рабочем диапазоне частот усилителя, эти реактивности могут быть включены в состав индуктивности фильтра