Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)

Кафедра радиотехнических систем (РТС)

Исследование каскада на биполярном транзисторе на переменном токе (верхние частоты)

Отчёт по лабораторной работе

по дисциплине «Схемотехника»

Выполнили:

Студент гр. 122-1

_________ Е.И. Гуляев

_________ Г.М. Дударев

«__» ___________ 2024 г.

Проверил:

Доцент каф. РТС

________ _________ Л.И. Шарыгина

«__» ___________ 2024 г.

Томск 2024

Введение

Цель работы: исследование влияния изменения параметров реостатного каскада на биполярном транзисторе на его характеристики.

Исследование каскада на биполярном транзисторе на переменном токе включает измерение коэффициента усиления, исследование частотной и фазовой характеристик и определение по ним нижней граничной частоты на заданном уровне.

Что тут писать?

В этом разделе представляют цель работы, область исследования и (или) область применения разрабатываемого объекта, их научное, техническое значение и экономическую целесообразность, а также оценку современного состояния решаемой научно-технической проблемы.

1. Основная часть

   1. Схема экспериментальной установки

Сначала была собрана схема, которая исследовалась в лабораторной работе № 1 подключив ко входу генератор переменного напряжения, как показано на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 – Схема с питанием фиксированным током базы и генератором переменного напряжения на входе

Получим осциллограмму, представленную на рисунке 1.2, на которой видно, что входное и выходное напряжения – противофазны.

Рисунок 1.2 – Осциллограмма напряжений

Затем, в соответствии с заданием, после генератора было включено сопротивление R_c, имитирующее сопротивление источника, включена емкость C_н = 10 пФ имитирующее емкость нагрузки. Схема с подключенным к ней плоттером представлена на рисунке 1.3.

Рисунок 1.3 – Исследуемая схема с подключенным плоттером

2. Определение частоты генератора

Затем была установлена частота генератора в 5 кГц и напряжение генератора 10 мВ, и измерен фазовый сдвиг на частоте генератора, что показано на рисунке 1.4.

Рисунок 1.4 – Сдвиг фазы на частоте генератора

Из рисунка видно, что фазовый сдвиг на частоте генератора составил 180 градусов. Объясняется это тем, что U_вх и U_вых находятся в противофазе по принципу работы схемы: когда на вход подается положительная полуволна, увеличивается коллекторный ток, на сопротивлении R_к напряжение падает больше, а на коллекторе транзистора – меньше.

Затем емкость нагрузки С_н была увеличена до значения 10 нФ и измерено новое значение появившегося отрицательного фазового сдвига, представленного на рисунке 1.5.

Рисунок 1.5 – Сдвиг фазы на частоте генератора при большой емкости нагрузки

Из рисунка 1.5 видно, что фазовый сдвиг уменьшился на 8,9 градуса.

Если при значении емкости нагрузки С_н = 10 пФ фазовый сдвиг отсутствовал, то это означает, что реактивное сопротивление емкости на данной частоте генератора было нулевым.

При увеличении емкости нагрузки С_н до значения 10 нФ реактивное сопротивление конденсатора уже не равно нулю, в следствие чего ток через нагрузку приобрел фазовый сдвиг по отношению к входному сигналу (потому что теперь ток определяется не только активным сопротивлением, но и реактивным). По закону Ома напряжение на нагрузке равняется выходному току, умноженному на полное сопротивление. Отсюда делаем вывод, что фазовый сдвиг у выходного напряжения будет такой же, как у выходного тока.

Таким образом появляется отрицательный фазовый сдвиг на выходном сигнале относительно входного.

Затем для различных значений R_н был измерен ряд характеристик и занесен в таблицу 1.1.

Таблица 1.1 – Влияние сопротивления нагрузки.

𝑅н	10𝑅к	5𝑅к	2𝑅к	𝑅к	0,5𝑅к	0,2𝑅к	0,1𝑅к
, мВ	895	825,7	668,4	508,1	343	173,8	95,3
, раз	243	240	182	138	93	47	26
, кГц	188,8	198,8	247,7	406,4	474,3	979,6	1600
*	4,5	4,7	4,5	5,6	4,4	4,6	4,1
, °	-45,5	-44,6	-44,9	-51,1	-44,98	-45,67	-42,79

Фаза остается постоянной так как измерения проводятся на граничной частоте, на которой активное и реактивное сопротивления оказываются равны, что создает фазовый сдвиг в 45 градусов.

При увеличении сопротивления нагрузки увеличивается напряжение на выходе, вследствие чего увеличивается коэффициент усиления. Напряжение увеличивается потому, что выходной ток транзистора остается постоянным, так как он зависит от поданного сигнала. А если ток должен оставаться постоянным, то при увеличении сопротивления будет увеличиваться падение напряжения на нагрузке.

На верхнюю частоту изменение сопротивления влияет следующим образом: при увеличении сопротивления нагрузки увеличится ток, протекающий через это сопротивление. Однако измерения проводились на граничной частоте, где сопротивления емкости и резистора оказываются равны. Из формулы реактивного сопротивления емкости Xc = 1/(ωC) видно: чтобы уравнять сопротивления, нужно чтобы частота уменьшилась, так как емкость не изменяется. Именно поэтому верхняя граничная частота уменьшается с увеличением сопротивления нагрузки.