2.4.1.2. Работа транзистора как усилителя сигналов.

Простейшая схема усилителя приведена на рис. 23. Усиливаемый сигнал U_вх подается между базой и эмиттером. В коллекторную цепь включается нагрузочное сопротивление R_н и конденсатор С, позволяющий отделить переменный усиленный сигнал U_вых от постоянной составляющей. В этом случае по закону Кирхгофа

Н

Рис.23. Простейшая схема усилителя на транзисторе p-n-p, включенного по схеме с ОЭ.

а семействе выходных характеристикэто будет прямая линия ,которую называют нагрузочной характеристикой(рис.24а).

П

Рис.24. Иллюстрация работы усилителя с ОЭ и временными диаграммами U_вх (t), ∆(t), U_вых (t): а) нагрузочная коллекторная характеристика; б) входная характеристика.

усть на базу подано постоянное напряжение и усиливаемый переменный сигнал с амплитудой ∆U_б (рис.24б). Точка А называется рабочей точкой. Так как усиливаемый сигнал включается в схему с прямым p-n –переходом, небольшие изменения входного напряжения вызовут значительные изменения и тока коллектора, так как практически все носители попадут в коллекторную цепь.

Изменение же тока базы будет незначительным и рассчитывается из входных характеристик (рис.24б). Отношение изменения тока коллектора к изменению тока базы называется дифференциальным коэффициентом усиления по току:

Линейный участок входной характеристики характеризуется наклоном, называемым входным дифференциальным сопротивлением.

Таким образом,

Рабочая точка А на выходных характеристиках расположена на нагрузочной характеристике, как показано на рис.24а.

Рассчитаем чему будет равно изменение сигнала на нагрузке , т.е. усиленный сигнал (рис.24). Очевидно, что . Из (35) и (37) следует, что

Таким образом, коэффициент усиления сигнала по напряжению

У

Рис.25.Зависимость от тока базы.

силенный переменный сигнал в зависимости от времени также показан на рис. 24а. Коэффициент зависит от тока базы. Как видно из рис. 25 для коэффициента усиления существуют оптимальные условия, определяющиеся выбором рабочей точки на нагрузочной характеристике транзистора. Кроме перечисленных характеристик транзистора (,,, ) измеряют дифференциальное сопротивление коллекторного перехода, определяемое приращением тока коллектора, вызванного изменением коллекторного напряжения при постоянном токе базы

Это сопротивление называют выходным сопротивлением транзистора. Мы рассматриваем лишь основные физические параметры транзистора. На практике эти параметры бывает трудно измерить, поэтому в транзисторной технике получила распространение система формальных L-параметров. Поскольку этот вопрос специальный, мы не будем на нем подробно останавливаться, скажем лишь, что для расчета схемы иногда требуется до 40 различных параметров.

2.4.2. Правила техники безопасности.

Правила техники безопасного труда полностью соответствуют «Инструкции Ф-19 на безопасное выполнение работ в электрической лаборатории общего физического практикума».

2.4.3.Методика измерений и обработка результатов.

Для исследования характеристик и параметров используется либо стенд, в котором собраны все необходимые источники питания, либо схема с внешними источниками питания, в качестве которых использованы источники типа ЛИПС (лабораторный источник питания стабилизированный).Электрическая схема приведена на рис.20 и непосредственно на установке.

На стенде собраны две схемы: верхняя для измерения характеристик p-n-p, нижняя –для n-p-n транзисторов. Переключатель «p-n-p, n-p-n» переключает измерительные приборы и источники питания из одной схемы в другую. Исследуемые транзисторы можно подключать к клеммам только при среднем положении переключателя.

Выполните одно из заданий, предложенных преподавателем.

Задание№1.

1. Измерить выгодные характеристики при 3 различных базовых токах . Токи выбирать самим при условии 50 мкА<<400 мкА. При измерении тщательно следить за постоянством тока базы.

2. Измерить входные характеристики при при 3 значениях коллекторного напряжения , причем одно на них должно быть равно 0, а два других выбрать самим в пределах 0,5В<<6В.

3. Построить графики на миллиметровой бумаге.

4. Из выходных характеристик рассчитать дифференциальный коэффициент усиления по току

не менее 3 раз и привести средний результат.

5. Из входных характеристик на линейном участке рассчитать сопротивление прямого перехода ( –сопротивление эмиттер –база). Поскольку в предложенной схеме (рис.20) вольтметром измеряется падение напряжения на прямом переходу плюс на амперметре, то

;

где сопротивление амперметра определяется по максимальному падению напряжения на данном пределе, указанному на конкретном приборе.

6. Из выходных характеристик рассчитать сопротивление обратного перехода база –коллектор

Расчет выполните для всех характеристик.

7. В выводах привести <, , для 3 характеристик. Обсудить полученные результаты.

Задание №2.

1. Измерить входные характеристики

,, при и

2. Измерить выходные характеристики

при =50 мкА и 160 мкА;

при и 200МВ.

3. Построить графики на миллиметровой бумаге.

4. Из входных характеристик рассчитать (см. п.6 в задании №1).

5. Из выходных характеристик рассчитать сопротивление обратного перехода (см.п.6 в задании №1) и (дифференциальный коэффициент усиления) не менее 3 раз.

Сравните выходные характеристики, снятые при , с характеристиками при .

6. Из выходных характеристик рассчитать крутизну транзистора S

7. В выводах привести: <, ,,S. Обсудите полученные результаты.

Задание №3.

1. Измерить выходные характеристики при двух значениях (например, 150 и 300 мкА).

2. Измерить входные характеристики , при

3. Измерить зависимость при

4. Построить все графики на миллиметровой бумаге.

5. Из выходных характеристик рассчитать (см. п. 6 в задании №1) в обоих случаях.

6. Из входных характеристик рассчитать сопротивление прямого перехода (см.п.5 в задании №1).

7. Из зависимости рассчитать интегральный коэффициент усиления и построить на миллиметровой бумаге зависимость (точек 10-12 во всем возможном интервале изменения ).

8. В выводах привести ,, (для двух токов базы).