ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3. МАЛОМОЩНЫЕ ТРАНЗИСТОРНЫЕ УСИЛИТЕЛИ: ОПИСАНИЕ

Цель работы – освоение способа установки рабочей точки транзисторного усилителя, оценка термостабильности рабочей точки, измерение коэффициента усиления по напряжению двух распространенных схем усилительных каскадов на транзисторах в режиме усиления малых сигналов.

Два исследуемых усилителя выполнены по схеме с общим эмиттером (рис. 1, а, б). Оба усилителя работают в режиме класса А, когда транзистор всегда находится в активном режиме, плавно меняет ток коллектора под управлением тока базы и никогда не переходит ни в режим отсечки, ни в режим насыщения.

Состояние усилителя при отсутствии входного сигнала UВХ называется состоянием покоя или исходной рабочей точкой (ИРТ). Напряжение на выходе усилителя в состоянии ИРТ называется напряжением покоя или напряжением смещения рабочей точки. Если на вход усилителя подать переменный входной сигнал, то максимальная амплитуда наряду с отсутствием искажений выходного сигнала могут быть достигнуты, когда напряжение покоя будет равно примерно половине напряжения питания (см. рис. 2).

Рис. 1. Схемы усилителей на биполярных транзисторах:

а– с балластным резистором в цепи базы;

б– с делителем в цепи базы и эмиттерным резистором

= П 2

Б1+ 2

Потенциал эмиттера открытого кремниевого транзистора приблизительно на 0.65 В ниже, чем UБ, т.е. UЭ = UБ – 0.65. Так как ток базы в сотни раз меньше тока коллектора, то без значительного ущерба для точности расчета ток коллектора может быть принят равным току эмиттера, т.е. К ≈ Э = Э/Э.

Коэффициент усиления схемы по напряжению

= ∆вых = −К/э

∆вх

Таким образом, задав значения коэффициента усиления и RК, можно задать и RЭ. Зная необходимое значение тока усилителя, можно также рассчитать UБ, a далее c помощью (3) – необходимый коэффициент деления делителя R1, R2. Последнее, что необходимо рассчитать, это числовые значения сопротивлений делителя R1, R2. Для этого по заданному значению IК рассчитывается ток базы по формулам (1), a затем – необходимый ток делителя, который должен быть значительно больше тока базы.

Результирующее входное сопротивление усилителя в целом рассчитывается как параллельное соединение сопротивлений R1 и R2. Выходное сопротивление усилителя, как и в схеме c заземленным эмиттером, близко к RК.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3. МАЛОМОЩНЫЕ ТРАНЗИСТОРНЫЕ УСИЛИТЕЛИ: ЗАДАНИЕ

1.Соберите схему усилителя с общим эмиттером и балластным резистором в цепи базы (рис. 1). Сопротивление балластного резистора, необходимое для обеспечения рабочей точки усилителя, будет подбираться в ходе лабораторной работы, поэтому в качестве резистора в цепи базы будут использоваться два последовательно соединенных резистора – постоянный R1, сопротивлением 100 кОм, и переменный Rб, с полным сопротивлением 500 кОм. Использовать в данной схеме только один переменный резистор без постоянного нельзя, так как при случайной установке сопротивления переменного резистора в ноль, базо-эмиттерный переход оказывается подключенным напрямую к источнику питания, что ведет к выходу из строя как транзистора, так

ипеременного резистора. Полученные в ходе дальнейших действий результаты измерений и вычислений записывайте в таблицу, аналогичную табл. 1.

2.Генератор входного сигнала изначально не включайте, включите только источник питания. К выходу схемы UВЫХ (к коллектору транзистора) подключите мультиметр в режиме измерения постоянного напряжения. При помощи переменного резистора Rб настройте напряжение рабочей точки усилителя: напряжение UК на выходе схемы должно составлять 6 – 7 В. Если установить такое напряжение не получается, то можно дополнительно увеличить общее сопротивление резистора базы, заменив постоянный резистор R1 на резистор сопротивлением 220 кОм. Не забудьте отразить это действие в протоколе выполнения работы.

Рис. 1. Схема проведения измерений для усилителя с балластным резистором в цепи базы

3.При помощи мультиметра точно измерьте значение напряжения питания UП и, уже зная напряжение UК, вычислите падение напряжения на резисторе RК и ток коллектора IК.

4.При помощи мультиметра измерьте падение напряжения на постоянном резисторе R1, входящим в состав сопротивления, задающего ток базы, и, зная его номинал (100 кОм или 220 кОм), вычислите ток базы IБ.

5.Нагрейте корпус транзистора пальцами рук в течение 20...30 секунд, измерьте UК в конце нагрева и сравните полученное напряжение с UК до начала нагрева. Оцените, насколько вырос ток коллектора.

6.Подключите первый канал осциллографа к выходу схемы UВЫХ (к коллектору транзистора), второй канал – ко входу схемы UВХ (к резистору RВХ). Входной конденсатор CВХ служит для разделения выхода генератора и входа схемы по постоянной составляющей напряжения. Входной резистор RВХ служит для преобразования выходного сигнала генератора (переменного напряжения) в переменный ток, протекающий в цепи базы: напряжение на базе

транзистора в этой схеме почти неизменно (оно равно примерно 0.65 В – падению напряжения на прямо-смещенном базо-эмиттерном переходе), поэтому изменение напряжения на выходе генератора приводит к пропорциональному (по закону Ома) изменению тока, протекающего через резистор RВХ.

7.Настройте генератор так, чтобы на его выходе был синусоидальный сигнал частотой 1 кГц и амплитудой 100 мВ. Контролируя форму выходного напряжения усилителя с помощью осциллографа, подберите амплитуду сигнала генератора так, чтобы сигнал с выхода усилителя не имел искажений – отсечек сверху и снизу.

8.Измерьте с помощью осциллографа амплитуды переменных сигналов UВХ и UВЫХ и рассчитайте коэффициент усиления схемы по напряжению kU = UВЫХ / UВХ.

Табл. 1. Параметры усилителя с балластным резистором в цепи базы

9. Соберите схему усилителя с делителем в цепи базы и эмиттерным резистором (рис. 2). Номиналы резисторов RК и RЭ возьмите из табл. 2, согласно номеру вашего варианта. Полученные в ходе дальнейших действий результаты измерений и вычислений записывайте в таблицу, аналогичную табл. 3.

Рис. 2. Схема проведения измерений для усилителя с делителем в цепи базы и эмиттерным резистором

Табл. 2. Резисторы в цепях эмиттера и коллектора

10.Генератор входного сигнала изначально не включайте, включите только источник питания. Подключите к выходу схемы мультиметр в режиме измерения постоянного напряжения

инастройте напряжение рабочей точки усилителя UК = 6 – 7 В, вращая ручку переменного резистора R2.

11.При помощи мультиметра измерьте напряжение питания UП, а также напряжения на базе UБ и на эмиттере UЭ транзистора.

12.Нагрейте корпус транзистора пальцами рук в течение 20...30 секунд, измерьте UК в конце нагрева и сравните полученное напряжение с UК до начала нагрева. Оцените, насколько вырос ток коллектора.

13.Подключите первый канал осциллографа к выходу схемы UВЫХ (к коллектору транзистора), второй канал – ко входу схемы UВХ (к базе транзистора).

14.Настройте генератор так, чтобы на его выходе был синусоидальный сигнал частотой 1 кГц и амплитудой 500 мВ. Контролируя форму выходного напряжения усилителя с помощью осциллографа, подберите амплитуду сигнала генератора так, чтобы сигнал с выхода усилителя не имел искажений – отсечек сверху и снизу.

15.Измерьте с помощью осциллографа амплитуды переменных сигналов UВХ и UВЫХ и рассчитайте коэффициент усиления схемы по напряжению kU = UВЫХ / UВХ.

Табл. 3. Параметры усилителя с делителем в цепи базы и эмиттерным резистором