4.2. Домашнее задание

1. На коллекторных характеристиках транзистора, снятых при выполнении работы «Статические характеристики и параметры транзистора», проведите нагрузочную прямую. ВеличинуЕ_Квыберите в диапазоне 9 – 15 В, ток насыщенияI_КНАС– вблизи перегиба коллекторной характеристики, снятой при максимальном токе базы, но не более 15 мА. Пример построения нагрузочной прямой и выбора рабочей точки приведен на рис. 12.

Определите величину сопротивления в цепи коллектора R_К=Е_К/I_КНАС. Проведите нагрузочную прямую для выбранного сопротивления. На нагрузочной прямой нанесите рабочую точку приU_КРТ = (0,4 – 0,5)Е_К.Определите по характеристикам транзистора необходимый ток базыI_бРТи напряжение на базеU_бЭРТпри этом токе.

Определите параметры делителя в цепи базы. Для этого задайте ток через резистор R_б1I_Д= (4÷6)I_бЭРТ, тогдаR_б1 = (Е_К–U_бРТ)/I_Д, R_б2 = U_бЭРТ/(I_Д –I_бРТ).

4.3. Порядок выполнения работы

1. Соберите схему усилительного каскада (рис. 13). Источник сигнала переменного тока E_Cвыбираете из группыPlace Source, элементAC Power. Источник постоянного токаЕквыбираете из той же, элементAC Power.

В меню Simulate/Interactive Simulation Settings/не вкладкеAnalysis Options и выберите значение и режиме Customizeна вкладкеGlobalнажмитеи затем ОК. После этого в окневыберите значение .

20

Установите С1=10 мкФ, С2 =10 мкФ, R_Н = R_К. В цепях базы и коллектора включите приборы для измерения токовI_биI_Ки напряженийU_бЭиU_КЭ. Эти приборы должны быть включены в режиме измерения постоянных токов (DC). Вольтметр для измерения напряжения на нагрузке должен быть включен в режиме измерения переменного напряжения (АС). Сопротивления вольтметров установите равными10 МОм, амперметров –-0,01 Ом. КаналBосциллографа (подключен к коллектору) включите в режимDC– он будет отображать постоянную и переменную составляющие сигнала, каналА– в режимАС– отображение только переменной составляющей. Цвет цепей, подключенных ко входамАиВследует окрасить в различные цвета. Для этого следует выполнить щелчок ПКМ по изображению цепи и в открывшемся контекстном меню выбрать опциюWire Color. Установите частоту напряжения источника сигнала равной10 кГц, напряжение на его выходе (входе усилителя)Е_С = 1мВ.

2. Включите режим моделирования и запишите значения I_б, I_К, U_б и U_К. Если U_К U_КРТсущественно отличается отU_КРТ(более10 %), скорректируйте величину сопротивления резистораR_б1.

Нанесите на графики коллекторных и базовых характеристик фактическое положение рабочей точки.

3. Установите Е_Стакой величины, чтобы напряжениеU_Н≈Е_К/8. Обозначим полученное значение входного сигнала черезЕ_СНОМ. Определите коэффициент усиления по напряжениюK_U=U_Н/Е_СНОМ. Снимите осциллограмму напряжения на

21

коллекторе. Для этого переключите осциллограф в режим большого экрана (двойной щелчок ЛКМ по обозначению осциллографа) и, используя маркеры, снимите 1 период сигнала (не менее 12 точек за период). Результаты измерений занесите в первые две строки таб. 9. Не забудьте записать положение рабочей точки. За начало отсчета по оси времени (t = 0)примите момент переходаЕ_Счерез ноль. В отчете осциллограмму строить по точкам.

Таблица 9

Ek= UkPT= Ik=

t, мкС

Uk, В

Еk= UkРТ= Ik=

t, мкС

Uk, В

Ek= UkРТ= Ik=

t, мкС

Uk, В

4. При Е_С = 0 Вуменьшите значение сопротивления резистораR_б1так, чтобы транзистор был близок к режиму насыщения (U_КЭ ≈ 0,2Ек). УстановитеЕ_С = Е_СНОМ, определите коэффициент усиления и снимите осциллограмму напряжения на коллекторе.Результаты измерений занесите во вторые две строки таб. 9. В отчете осциллограмму строить по точкам на одном рисунке с осциллограммой п. 3. Объяснить полученный результат.

5. При Е_С = 0 Вувеличьте значение сопротивления резистораR_б1так, чтобы транзистор был близок к режиму отсечки (U_КЭ ≈ 0,8Е_К). УстановитеЕ_С = Е_СНОМ, определите коэффициент усиления и снимите осциллограмму напряжения на коллекторе.Результаты измерений занесите в последние две строки таб. 9. В отчете осциллограмму строить по точкам на одном рисунке с предыдущими осциллограммами. Объясните полученный результат.

6. Установите номинальный режим работы транзистора (РТ). Увеличьте Е_Сдо такой величины, чтобы были заметны искажения сигнала на коллекторе –рекомендуется установитьЕ_С = 3Е_СНОМ. Запишите полученные значения напряженийЕ_СиU_Н, определитеK_U. Снимите осциллограмму напряжения на коллекторе. Результаты измерений занесите в таблицу, аналогичную таб. 9. В отчете осциллограмму строить по точкам. На этом же рисунке постройте осциллограмму, снятую в п. 3. На рисунке осциллограмм отметьте значениеЕ_К. В выводах к работе объясните полученные результаты.

Восстановите прежнее значение Ес=Е_СНОМ.

7. Исследуйте влияние температуры на режим работы транзистора. Для этого выберите в меню анализа опциюSimulate/Analyses/Temperature Sweep, задайте

22

начальное и конечное значения температуры и приращение (Start – 0^oC, Stop – 54^oC, Increment – 27^oC). Нажмите кнопкуMoreи в выпадающем спискеAnalysis to sweepвыберите вариантDC Operating Point. Затем перейдите на вкладкуOutput, нажмите клавишуMoreи ставшую доступной кнопку. Из спискаParameterвыберите ток коллектораicи нажмите ОК. Перенесите обозначение тока@qu1[ic]в правое окно. Затем выберите в левом окне номер цепи, подключенной к коллектору транзистора (на рис. 13 номер 4) и также перенесите его в окно. Нажмите кнопкуSimulate.

В открывшемся окне показано значение напряжения и тока рабочей точки при заданных температурах. Запишите эти значения и отметьте их на ВАХ транзистора.

Теперь снимите осциллограммы напряжения на коллекторе при тех же температурах. Для этого установите Ес=Е_СНОМ. Выберите в спискеAnalysis to sweepрежимTransient Analysis, в списке переменных для анализа оставьте только номер цепи коллектора и нажмите кнопкуSimulate. В результате будут получены осциллограммы напряжения на коллекторе.

3.4. Содержание отчета:

• схема эксперимента, параметры транзистора (результаты предыдущей работы и справочные данные);

• расчет сопротивлений R_К, R_б1 и R_б2, режим усилителя в рабочей точке (Е_К, I_КНАС, U_КЭРТ, I_КРТ, I_бРТ, U_бЭРТ);

• коллекторные характеристики транзистора c нагрузочной прямой и выбранной рабочей точкой, отметьте положение рабочей точки для пп. 3, 4, 5 и 7;

• базовые характеристики транзистора с выбранной рабочей точкой, отметьте положение рабочей точки для пп. 3, 4, 5 и 7;

• значения коэффициента усиления в рабочей точке при нормальной и повышенной температурах и Ес=Е_СНОМ, значение δK_U;

• осциллограммы напряжений на коллекторе в рабочей точке, в областях отсечки и насыщения при номинальном значении сигнала (с учетом постоянной составляющей), объясните отличия от номинального режима;

• осциллограммы напряжений на коллекторе в рабочей точке при номинальном и большом сигналах (с учетом постоянной составляющей), объясните различия в результатах;

• рекомендации по выбору режима транзистора по постоянному току с обоснованием их по результатам работы.

23

5. предварительный усилитель семкостными связями

5.1. Цель работы

Изучить работу усилителя предварительного усиления с емкостными связями.

5.2. Домашнее задание

Для схемы усилителя, приведенной на рис. 14, определите теоретическое значение коэффициента усиления по напряжению в режиме холостого хода (Rn = ∞) и приRn = Rk, входное Rвхи выходное Rвых сопротивления. Внутреннее сопротивление источника сигнала считать близким к нулю. Определите граничные частоты усилителя. При расчете используйте результаты предыдущих работ: "Статические характеристики и параметры биполярного транзистора" и "Режим работы транзистора по постоянному току".

5.3. Порядок выполнения работы

1. Соберите схему усилителя (рис. 14). Сопротивления резисторов Rb1, Rb2иRkи напряжение источника коллекторного питанияЕ_Кустановите равными значениям, определенным в работе по исследованию режима работы транзистора по постоянному току, емкость С1=10 мкФ, С2 = 5 мкФ. Сопротивление нагрузкиR_Н = R_К. МиллиамперметрIcи вольтметрUnдолжны быть включены в режиме измерения переменного тока (АС), а вольтметрыUbeиUkeи миллиамперметр

24

Ik– в режиме измерения постоянного тока (DC). Сопротивление амперметров –0,1 Ом, вольтметров –10 МОм. Установите значениеЕk равным выбранному в предыдущей работе. Напряжение источника сигналаЕ_Cустановите равным1 мВ, его частоту –10 кГц. Включите режим моделирования и убедитесь, что положение рабочей точки соответствует выбранному в предыдущей работе. Запишите параметры усилителя: тип транзистора и его параметры,Е_К, U_КЭ, I_К, U_бЭ, R_К, R_Н, R_б1, R_б2, С1, С2,теоретические значенияК_U, R_ВХ и R_ВЫХ.

2. Двойным щелчком включите осциллограф, установите его входы в режим отображения сигнала переменного тока (АС), параметры развертки лучей установите соответствующими сигналам на его входах. Изменяя значение сигнала на входе усилителя от1 мВдо значенияЕ_Сmax, при котором будут хорошо видны ограничения сигнала на выходе усилителя, снимите его амплитудную характеристикуU_Н = f(Е_С), Е_Сmaxможет лежать в диапазоне от 50 до 500 мВ). Результаты измерений занесите в табл. 7. Постройте график амплитудной характеристики.

Таблица 7

ЕC, мВ	0	1	2	5	10	20	30	50	75	100
UН, В

3. Установить Е_Стакой величины, чтобы напряжениеU_Нбыло около 1 В. Обозначим это значение черезЕ_СНОМ. Запишите значенияЕ_СНОМиUn. Определите коэффициент усиленияК_U=Un/Еc. Сравните полученное значение с теоретическим.

Измерьте входной ток усилителя I_Си определите входное сопротивлениеR_ВХ = Е_С/I_Си мощность, потребляемую усилителем от источника сигналаР_С = Е_C·I_С, а также мощность, выделяемую в нагрузке. Определите коэффициент усиления по мощностиК_Р = Р_Н/Р_С.

Отключите сопротивление нагрузки от выхода усилителя и измерьте напряжение холостого хода U_НХХ. Вновь подключите резистор нагрузки. Определите выходное сопротивление усилителя.

4. Уменьшите напряжение Е_Кна 5 % и измерьтеK_U. Определите относительное изменение коэффициента усиления.

Восстановите прежнее значение напряжения Е_К.

25

5. Снимите амплитудно- и фазочастотные характеристики усилителя используя инструменты MS9. Для этого выберите в меню опцию частотного анализаSimulate/Analyses/ACAnalysisи на вкладкеFrequencyParametersзадайте диапазон частот для анализа. Рекомендуется установить значениеFSTARTравное 20Гц,FSTOP-20МГц. По оси частот установить логарифмическую шкалу (Decade– десятичный логарифм), по оси абсцисс (Verticalscale) линейную шкалу (Linear).

После этого перейти на вкладку Output. В окнеVariables in circuitвыберите номер выходной цепи усилителя (цепь, подключенная к сопротивлению нагрузки) и нажмите кнопкуAdd. Выбранный номер отобразится в правом окне. Затем нажмите кнопкуSimulate. Откроется окно, в котором вы увидите два графика: верхний – АЧХ, нижний – ФЧХ (при необходимости скорректируйте значения начальной и конечной частот). Рекомендуется "растянуть" окно так, чтобы оно занимало большую часть экрана.

Щелкните ЛКМ по графику АЧХ и нажмите кнопку . Появятся два маркера и откроется информационное окно, в котором через х1 и х2 обозначены частоты, соответствующие положениям первого и второго маркеров, а через у1 и у2 – значения коэффициента усиления. Перемещая один из маркеров, определите максимальное в диапазоне частот значение коэффициента усиленияК₀и соответствующую частотуf₀. Определите коэффициент усиления, соответствующий значениям граничных частотK_UГР = 0,707K₀. Перемещая один из маркеров сначала в область низких, а затем – высоких частот, определите нижнюю(f_Н)и верхнюю(f_В)граничные частоты.

Активизируйте щелчком ЛКМ график ФЧХ.. Обратите внимание на то, что MS9 отображает сдвиг фаз в диапазоне от -180^одо +180^о. При величине сдвига более +180^оиз фактического значения фазы вычитается 180^о, а при величине ‑180^означение увеличивается на +180^о– на графике ФЧХ это значение отображается как +0^о(или -0^о).Включите маркеры и, последовательно устанавливая их на частотыf_Н,, f₀, и f_В,определите фазовый сдвиг на этих частотах.

6

Рис.15.Резистор в цепи эмиттера

. Введите ООС, для чего включите в цепь эмиттера сопротивлениеR_Э = 0,05*RkОм, как показано на рис. 15. Увеличьте сопротивление резистора таким образом, чтобы напряжение коллектора было около 0,6Еk. Повторите пп. 3, 4 и 5. Объясните отличия от результатов предыдущих измерений.

7. Подключите параллельно резистору R_Эконденсатор емкостью 500 мкФ. Повторить пп. 3, 4 и 5. Объясните полученные результаты.

26