ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ

Ордена Трудового Красного Знамени федеральное государственное

бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский технический университет связи и информатики»

Кафедра радиооборудования и схемотехники

Лабораторная работа № 1

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЗИСТОРНОГО КАСКАДА ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО УСИЛЕНИЯ НА БИПОЛЯРНОМ ТРАНЗИСТОРЕ

МОСКВА 2019

План УМД 2019/2020 уч.г.

Лабораторная работа №1

Исследование резисторного каскада предварительного усиления на биполярном транзисторе

Составители: И.Б. Андреев к.т.н., доц., А.В. Бажин, ассистент

Издание утверждено советом факультета РиТ протокол №7 от 15.03.2016г.

Рецензент: Р.Ю.Иванюшкин, к.т.н., доц. каф. РОС

ВНИМАНИЕ!!! СОБЛЮДЕНИЕ ДЕЙСТВУЮЩИХ В ЛАБОРАТОРИЯХ РПдУ МТУСИ ПРАВИЛ БЕЗОПАСНОСТИ ОБЯЗАТЕЛЬНО!!!

I. Введение

Действующие в учебных лабораториях РПдУ МТУСИ Правила безопас-ности студенты изучают на первом занятии в лаборатории при вводном инструктаже. Работать в лаборатории без изучения этих правил и соответ-ствующего оформления запрещается!!! Требуется строжайшая сознательная дисциплина, как общая, так и в части соблюдения правил безопасности.

Лабораторная работа №1 относится к общему циклу лабораторных работ, выполняемых при изучении дисциплин: «Схемотехника телекоммуникационных устройств» и «Схемотехника». Они входят в перечень дисциплин направлений “Инфокоммуникационные технологии и системы связи” (профили подготовки “Системы мобильной связи”, “Цифровое телерадиовеща-ние”, “Системы радиосвязи и радиодоступа”), “Радиотехника” (профиль подготовки “Радиотехнические средства передачи, приема и обработки сигналов”), а также специальности “Информационная безопасность телекоммуникационных систем”.

Количество лабораторных работ и порядок их выполнения определяется графиком лабораторных занятий, который составляется в соответствии с действующей учебной программой и вывешивается не позднее, чем на неделе, предшествующей началу занятий в лаборатории.

К очередной лабораторной работе допускаются студенты, продемонстрировавшие должную степень подготовки и успешно защитившие предшествующие лабораторные работы.

Целью работы является ознакомление с работой резисторного каскада предварительного усиления на биполярном транзисторе, а также получение умений и навыков моделирования простейших электронных узлов с помощью специальных программных средств и практической работы с электронными устройствами.

II. КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Усилителем называется устройство, предназначенное для увеличения мощности входного сигнала. Превышение мощности, выделяемой в сопротивлении нагрузки, над мощностью источника входного сигнала достигается за счет энергии источника питания. Маломощный входной сигнал лишь управляет передачей энергии источника питания в полезную нагрузку.

Усиление электрических сигналов практически всегда сопровождается изменением их формы. Причем качество усилителя считается тем более высоким, чем меньше нежелательные искажения сигналов.

Часто бывает удобно рассматривать не мощность сигналов на входе или выходе усилителя, а величины напряжений или токов. В связи с этим усилители условно делят на усилители тока, усилители напряжения или мощности. Принадлежность усилителя к тому или иному классу определяется его назначением и выбором соответствующих параметров схемы и усилительных элементов.

По характеру изменения усиливаемого сигнала во времени различают усилители медленно меняющихся сигналов, которые часто называют усилителями постоянного тока, и усилители переменного тока. К ним относятся усилители низкой частоты, усилители высокой частоты, широкополосные усилители, избирательные усилители и т.д.

Усилители имеют определенные параметры и характеристики. Одним из основных параметров усилителя является его коэффициент усиления, который представляет собой отношение параметров выходного сигнала к входному. Так, коэффициент усиления по напряжению К_U = , коэффициент усиления по току К_I = , коэффициент усиления по мощности К_P = .

Коэффициенты усиления часто оценивают в логарифмических единицах - децибелах

К_U дБ= 20 lg ,

К_I дБ = 20 lg ,

К_P дБ = 10 lg .

В логарифмических единицах обычно задают коэффициент усиления многокаскадного усилителя, который равен сумме коэффициентов усиления его отдельных каскадов, выраженных в дБ.

К основным характеристикам усилителя относятся: амплитудная, амплитудно-частотная, фазо-частотная, амплитудно-фазовая и переходная характеристики.

Амплитудная характеристика представляет собой зависимость амплитудного или действующего значения выходного напряжения от входного напряжения U_вых = f (U_вх) (Рис.1.1). Уменьшение коэффициента усиления при больших входных сигналах определяется нелинейностью характеристик усилительных элементов — транзисторов. По амплитудной характеристике усилителя определяют динамический диапазон усилителя

D = 20 lg .

Рис. 1.1. Амплитудная характеристика усилителя

Динамический диапазон усилителя ограничивается с одной стороны уровнем собственных шумов и помех, наблюдаемых на выходе усилителя, а с другой – допустимым уровнем нелинейных искажений, т.е. предельно допустимым значениям U_{вых maх}.

Амплитудно-частотная характеристика усилителя (АЧХ) – определяется как зависимость модуля коэффициента усиления усилителя от частоты входного сигнала (рис.1.2). По АЧХ определяют полосу пропускания усилителя, т.е. рабочий диапазон частот, в пределах которого коэффициент усиления изменяется не больше заданного.

Рис. 1.2. Амплитудно-частотная характеристика усилителя

Если к усилителю не предъявляются какие-либо специальные требования, то рабочий диапазон частот определяют на уровне 0,7 Кмакс (рис. 1.2). АЧХ большинства широкополосных усилителей не удается изобразить в линейном масштабе по оси частот. Поэтому для них чаще всего пользуются полулогарифмическим масштабом.

Для усиления напряжения звуковых частот наиболее пригоден каскад с общим эмиттером, так как он имеет более высокое входное и более низкое выходное сопротивления по сравнению с каскадом с общей базой, каскад же с общим коллектором, обладая высоким входным и малым выходным сопротивлениями, усиливать напряжение не способен.

Для построения предварительных усилителей наиболее часто используется резисторный каскад, т.к. он, обеспечивая вполне достаточный для большинства задач коэффициент усиления, содержит минимальное количество реактивных элементов. Свое название каскад получил потому, что нагрузкой по постоянному току в цепи коллектора этого каскада служит резистор.

Резисторы R1, R2 используются для задания режима покоя каскада. Поскольку биполярный транзистор управляется током, ток покоя управляемого элемента (в данном случае ток IКП) создается заданием соответствующей величины тока базы IБП. Резистор R1 предназначен для создания цепи протекания тока IБП. Совместно с R2 резистор R1 обеспечивает исходное напряжение на базе UБП относительно зажима «-» источника питания. Резистор RЭ является элементом отрицательной обратной связи, предназначенным для стабилизации режима покоя каскада при изменении температуры. Конденсатор СЭ шунтирует резистор Rэ по переменному току, исключая проявление ООС в каскаде по переменным составляющим.

Резистор Rк является коллекторной нагрузкой, по которой протекает ток покоя IКП и часть переменной составляющей коллекторного тока.

Название схемы «с общим эмиттером» означает, что вывод эмиттера транзистора по переменному току в большей части диапазона частот практически является общим для входа и выхода каскада.