Eln1_MS9

только переменной составляющей. Цвет цепей, подключенных ко входам А и В следует окрасить в различные цвета. Для этого следует выполнить щелчок ПКМ по изображению цепи и в открывшемся контекстном меню выбрать опцию Wire Color. Установите частоту напряжения источника сигнала равной 10 кГц, напряжение на его выходе (входе усилителя) ЕС = 1мВ.

2.Включите режим моделирования и запишите значения Iб, IК, Uб и UК. Если UК существенно отличается от UКРТ (более 10 %), скорректируйте величину сопротивления резистора Rб1.

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

3.Установите ЕС такой величины, чтобы напряжение Un≈ЕК/8. Обозначим полученное значение входного сигнала через ЕСНОМ. Определите коэффициент усиления по напряжению KU=Un/ЕСНОМ. Снимите осциллограмму напряжения на коллекторе транзистора. 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. 11 Не забудьте записать положение рабочей точки. За начало отсчета по оси времени (t = 0) примите момент перехода ЕС через ноль. В отчете осциллограмму строить по точкам.

Таблица 11

ЕС = ЕСНОМ, определите коэффициент усиления и снимите осциллограмму напряжения на коллекторе. Результаты измерений занесите во вторые две строки таб. 11 В отчете осциллограмму строить по точкам на одном рисунке с осциллограммой п. 3. Объяснить полученный результат.

5. При ЕС = 0 В увеличьте значение сопротивления резистора Rб1 так, чтобы транзистор был близок к режиму отсечки (UКЭ ≈ 0,8ЕК). Установите ЕС = ЕСНОМ, определите коэффициент усиления и снимите осциллограмму напряжения на коллекторе. Результаты измерений занесите в последние две строки таб. 11. В отчете

21

осциллограмму строить по точкам на одном рисунке с предыдущими осциллограммами. Объясните полученный результат.

6.Установите номинальный режим работы транзистора (РТ). Увеличьте ЕС до такой величины, чтобы были заметны искажения сигнала на коллекторе – рекомендуется установить ЕС = 3ЕСНОМ. Запишите полученные значения напряжений ЕС и UН, определите KU. 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

вп. 3. На рисунке осциллограмм отметьте значение ЕК. В выводах к работе объясните полученные результаты.

Восстановите прежнее значение Ес=ЕСНОМ.

7.Исследуйте влияние температуры на режим работы транзистора. Для этого выберите в меню анализа опцию Simulate/Analyses/Temperature Sweep, задайте начальное и конечное значения температуры и приращение (Start – 0oC, Stop – 54oC, Increment – 27oC). Нажмите кнопку More и в выпадающем списке Analysis to sweep выберите вариант DC Operating Point. Затем перейдите на вкладку Output,

нажмите клавишу More и ставшую доступной кнопку . Из списка Parameter выберите ток коллектора ic и нажмите ОК. Перенесите обо-

значение 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 кнопку Simulate.

В открывшемся окне будут показаны значения 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=ЕСНОМ. Выберите в списке Analysis to sweep режим Transient Analysis, в списке переменных для анализа оставьте только номер цепи коллектора и нажмите кнопку Simulate. В результате будут получены осциллограммы напряжения на коллекторе. Настройте изображение таким образом, чтобы на экране наблюдалось 1,5-2,0 периода напряжения. Установите шкалу оси напряжений от 0 до Ек. В меню Edit Grapher выберите опцию Copy и сохраните изображение для включения в отчет.

3.4. Содержание отчета:

-схема эксперимента, параметры транзистора (результаты предыдущей работы

исправочные данные);

22

- расчет сопротивлений RК, Rб1 и Rб2, режим усилителя в рабочей точке (ЕК, IКНАС,

UКЭРТ, IКРТ, IбРТ, UбЭРТ);

-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=ЕСНОМ, значение δKU;

-осциллограммы напряжений на коллекторе в рабочей точке, в областях отсечки

инасыщения при номинальном значении сигнала, объясните отличия от номинального режима, осциллограмму напряжения на коллекторе в рабочей точке при большом сигнале, объясните различия в результатах;

-влияние температуры на параметры усилителя (положение рабочей точки) и осциллограммы напряжения на коллекторе при различных температурах;

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

5. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ С ЕМКОСТНЫМИ СВЯЗЯМИ

4.1. Цель работы

Изучить работу усилителя предварительного усиления с емкостными связями.

4.2. Домашнее задание

Для схемы усилителя, приведенной на рис. 14, определите теоретическое зна-

хода (Rn = ∞) и при Rn = Rk. Определите входное Rвх и выходное Rвых сопротивления усилителя. 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".

4.3.Порядок выполнения работы

1.Соберите схему усилителя (рис. 14). Сопротивления резисторов Rb1, Rb2 и Rk и напряжение источника коллекторного питания ЕК установите равными значениям, определенным в работе по исследованию режима работы транзистора по постоянному току, емкость С1=10 мкФ, С2 = 10 мкФ. Сопротивление нагрузки RН = RК. Миллиамперметр Ic и вольтметр Un должны быть включены в режиме

23

измерения переменного тока (АС), а вольтметры Ube и Uke и миллиамперметр Ik – в режиме измерения постоянного тока (DC). Сопротивление амперметров – 0,1 Ом, вольтметров – 10 МОм. Установите значение Еk равным выбранному в предыдущей работе. Напряжение источника сигнала ЕC установите равным 1 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, ЕК, UКЭ, IК, UбЭ, Rk, Rn, Rb1, Rb2, С1, С2, теоретические значения КU, RВХ и RВЫХ.

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 от 1 мВ до значения ЕСmax, при котором будут хорошо видны ограничения сигнала на выходе усилителя, снимите его амплитудную характеристику UН = f(ЕС), ЕСmax может лежать в диапазоне от 40 до 200 мВ). Результаты измерений занесите в таб. 12. Постройте график амплитудной характеристики.

Таблица 12

ЕC, мВ 0 1 2 5 10 20 30 50 75 100

UН, В

3. Установить ЕС такой величины, чтобы напряжение Un было около 1 В. Обозначим это значение через ЕСНОМ. Запишите значения ЕСНОМ и Un. Определите коэффициент усиления КU=Un/Еc. Сравните полученное значение с теоретическим.

24

коэффициент усиления по мощности КР = Рn/РС.

Отключите сопротивление нагрузки от выхода усилителя и измерьте напряжение холостого хода UnХХ. Вновь подключите резистор нагрузки. Определите вы-

Восстановите прежнее значение напряжения ЕК.

5. Снимите амплитудно- и фазочастотные характеристики усилителя используя инструменты MS9. Для этого выберите в меню опцию частотного анализа Simulate/Analyses/AC Analysis и на вкладке Frequency Parameters задайте диапазон частот для анализа. Рекомендуется установить значение FSTART равное 20Гц, FSTOP – 20МГц. По оси частот установить логарифмическую шкалу (Decade – десятичный логарифм), по оси абсцисс (Vertical scale) – линейную шкалу (Linear).

После этого перейти на вкладку Output. В окне Variables in circuit выберите номер выходной цепи усилителя (цепь, подключенная к сопротивлению нагрузки)

инажмите кнопку Add. Выбранный номер отобразится в правом окне. Затем нажмите кнопку Simulate. 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. MS9 отображает значение разности фаз в диапазоне ±180о. В усилителе на верхней граничной частоте разность фаз между входным

ивыходным напряжениями превышает 180о и на графике отображается значение φ+360о – происходит разрыв графика.

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 усиления К0 и соответствующую частоту f0. Определите коэффициент усиления, соответствующий значениям

25

граничных частот KuГР = 0,707K0. Перемещая один из маркеров сначала в область низких, а затем – высоких частот, определите нижнюю (fН) и верхнюю (fВ) граничные частоты.

Активизируйте щелчком ЛКМ график ФЧХ.. Включите маркеры и, последовательно устанавливая их на частоты fН,, f0, и fВ, определите фазовый сдвиг на этих частотах.

6. Введите ООС, для чего включите в цепь эмиттера сопротивление RЭ = 0,05*Rk , как показано на рис. 15. Увеличьте сопротивление резистора Rb1 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 RЭ конденсатор емкостью 500 мкФ. Повторить пп. 3, 4 и

-параметры используемого транзистора;

-схема усилителя, параметры элементов, режим по постоянному току, расчет коэффициента усиления по напряжению;

-таблица и график амплитудной характеристики;

27

-определение коэффициента усиления, входного и выходного сопротивлений для всех рассмотренных вариантов;

-параметры АЧХ и ФЧХ;

-определение относительной нестабильности коэффициента усиления δK u ;

-выводы по результатам работы.

Результаты свести в табл. 13.

Таблица 13

26

6. УСИЛИТЕЛЬНЫЙ КАСКАД С ОБЩИМ КОЛЛЕКТОРОМ

5.1. Цель работы

Экспериментальное исследование параметров усилительного каскада, в котором транзистор включен по схеме с общим коллектором (эмиттерный повторитель – ЭП).

5.2. Домашнее задание

Выпишите параметры транзистора при температуре 27оС, полученные в работе "Статические характеристики и параметры биполярного транзистора". Для схемы рис. 16 определите токи эмиттера и базы транзистора при ЕК равном 12 В или 15В, UЭ = ЕК/2 и RЭ = 1 кОм. Ток эмиттера IЭ = ЕЭ/(2RЭ), ток базы Iб = IЭ/(h21+1). При известном токе Iб определите параметры цепи делителя Rb1, Rb2 (см. работу "Режим работы транзистора по постоянному току"), задав ток делителя IД = 5Iб. Определите теоретическое значение входного сопротивления ЭП Rвх=Rб//RвхТ, Rб=Rб1//Rб2, RвхТ=h11+Rэ*(1+h21).

5.3.Порядок выполнения работы

1.Соберите схему эмиттерного повторителя (ЭП) в соответствии с рис. 16. Включите транзистор V1 того же типа, что и в предыдущих работах (предварительный усилитель). Установите рассчитанные в п. 5.2 значения сопротивлений резисторов и напряжение ЕК . Включите резистор нагрузки RН = 1 кОм. Емкости конденсаторов С1= 10 мкФ, С2 = 50 мкФ. Приборы для измерения Ue, Ub и IК включите в режим измерения постоянного тока (DС), Un и Ik – переменного (АC). Сопротивления вольтметров установите равными 10 МОм, амперметров – 0,1 Ом. Напряжения источника сигнала Ес = 0,1 В при частоте 10 кГц.

7

Рис. 16. Эмиттерный повторитель

27

2.Включите питание схемы и измерьте напряжение на эмиттере транзистора Ue и ток коллектора Ik. Ue должно быть в пределах (0,45†0,55)Еk. Если Ue выходит за эти пределы, то скорректируйте значение сопротивления резистора Rb2. Запишите параметры схемы (тип транзистора, сопротивления всех резисторов и емкости конденсаторов, ток коллектора Ik и напряжение эмиттера Ue).

3.Снимите амплитудную характеристику ЭП, изменяя напряжение сигнала ЕС

ЕС = 1,0 В. Результаты измерений занесите в таб. 14. Постройте амплитудную характеристику. Установите значение ЕС, соответствующее середине линейного участка характеристики (на линейном участке KU постоянно). Измерьте входной ток IC и определите входное сопротивление ЭП RВХ=ЕС/Ic. Сравните с теоретическим значением.

4. При напряжении ЕС, соответствующем середине линейного участка амплитудной характеристики, снимите зависимость напряжения на нагрузке от тока нагрузки, изменяя сопротивление Rn от 100 кОм (режим, близкий к холостому ходу) до значения, при котором Un = 0,5UnХХ. Результаты измерений занесите в таб. 15.

Таблица 15

ность, потребляемую повторителем от источника сигнала РВХ = ЕС*IВХ при Rn=Re. Определите коэффициент усиления по мощности КР = Рn/РВХ при Rn=Re.

28

5. Установите значение Rn = 1 кОм Снимите амплитудно- и фазочастотные характеристики ЭП используя инструменты MS9. Для этого выберите в меню оп-

цию частотного анализа Simulate/Analyses/AC Analysis и на вкладке Frequency Parameters задайте диапазон частот для анализа. Рекомендуется установить значение FSTART равное 10Гц, FSTOP – 1ГГц. По оси частот установить логарифмическую шкалу (Decade – десятичный логарифм), по оси абсцисс (Vertical scale) линейную шкалу (Linear).

После этого перейдите на вкладку Output. В окне Variables in circuit выберите номер выходной цепи усилителя (цепь, подключенная к сопротивлению нагрузки) и нажмите кнопку Add. Выбранный номер отобразится в правом окне. Затем нажмите кнопку Simulate. Откроется окно графиками АЧХ и 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. Перемещая маркер определите максимальное в диапазоне частот значение коэффициента передачи К0 и соответствующую частоту f0. Определите нижнюю (fН) и верхнюю (fВ) граничные частоты на уровне 0,7.

Активизируйте щелчком ЛКМ график ФЧХ. Включите маркеры и, последовательно устанавливая их на частоты fН,, f0, и fВ, определите фазовый сдвиг на этих частотах.

5.4.Содержание отчета:

-параметры используемого транзистора;

-схема эмиттерного повторителя, параметры элементов, режим по постоянному

току;

-таблица с данными и график амплитудной характеристики, определение коэффициентов усиления, входного и выходного сопротивлений;

-таблица с данными и графики зависимостей UН = f(IН) и РН = f(IН);

-значения граничных частот и частоты f0 и величина фазового сдвига между входным и выходным сигналами на этих частотах;

-выводу по результатам работы.

По результатам измерений заполните таб. 16.

Таблица 16

29

7. СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ ОПЕРАЦИОННОГО УСИЛИТЕЛЯ

6.1. Цель работы

Исследовать основные схемы включения и особенности работы операционного усилителя.

6.2. Домашнее задание

Для всех исследуемых в работе схем включения операционных усилителей запишите выражения для коэффициентов передачи по напряжению. Приведите вид характеристик для каждой из схем с учетом значений параметров компонент (сопротивления резисторов, заданного ОУ).

6.3. Порядок выполнения работы

1. Операционный усилитель

Соберите схему рис. 17, а. Усилитель выбираете из группы Place Analog (), группа компонент OPAMP. Источники питания находятся в меню виртуальных

компонент, группа Power Source (), элемент Vcc (). Источники положительного (на схеме Plus) и отрицательного (на схеме Minus) напряжений должны иметь различные имена. Для ввода параметров источника нужно выполнить двойной щелчок ЛКМ по изображению источника, на вкладке Value ввести значение напряжения, на вкладке Label в поле RefDes – имя (название) источника. Вольтметр включите в режим измерения постоянных токов и напряжений (DC). Установите ЕС = 0,01 В, R 1=R2=Rn=10 кОм.

Рис. 17. Операционный усилитель

Снимите амплитудную характеристику усилителя Un=f (EС),. Для этого в меню Simulate/Analysis выберите опцию DC Sweep. В открывшемся окне в поле Source выберите имя источника сигнала – в примере vec (источник напряжения Ес). Установите диапазон изменения напряжения источника сигнала Start value

– 0.025 V, Stop value – 0.025 V, Increment 0.0005 V, на вкладке Output переместите

30