Электрорадиотехнологии (лабораторный практикум). Ч.2. Учебно-методическое пособие

Рис. 4.8. Усилитель на транзисторе n-p-n типа, включенном по схеме с общей базой с учетом вклада емкостей СБК и СБЭ

Схема с общим коллектором

Схема с общим коллектором (ОК), представленная на рис. 4.9, имеет 100 %-ную отрицательную образную связь. Нагрузочное сопротивление R2 в этой схеме включено в цепь эмиттера, а сопротивление R1 создает начальное смещение на базу транзистора. Емкости С1 и С2 являются разделительными.

Рис. 4.9. Усилитель на транзисторе n-p-n типа, включенном по схеме с общим коллектором

61

По закону Кирхгофа UВХ = UЭБ + UВЫХ, но поскольку UЭБ << UВЫХ, то UВХ UВЫХ, и на выходе схемы повторяется входное напряжение.

Отсюда следует другое широко распространенное название схемы с ОК — эмиттерный повторитель. Соответствующие коэффициенты усиления схемы определяются:

Коэффициент усиления по мощности определяется по формуле:

K P »K I »b .

Из всех трех схем включения биполярных транзисторов схема с ОК является единственной схемой, в которой RВХ >> RВЫХ (RВХ = β·RВЫХ). Соответствующий подбор RВЫХ и β позволяет строить высокоомные входные каскады с ОК, обладающие входным сопротивлением 1 МОм и более. Другая особенность схемы с ОК — малое выходное сопротивление, что позволяет создавать бестрансформаторные усилители мощности, работающие непосредственно на низкоомную нагрузку, например, акустические колонки с низкоомными громкоговорителями.

Практическая часть

Усилительные каскады с использованием всех трех схем включения транзистора собраны на макете «Схемы включения транзисторов» (см. рис. на макете). В схемах установлены однотипные низкочастотные n-p-n транзисторы типа МП-103. Номиналы использованных резисторов и емкостей приведены в таблице 4.1.

62

Напряжение питания для схем 12–15 вольт подводится от стенда ЛРС-1 с помощью специального кабеля, подключаемого к разъему, расположенному на левой боковой поверхности макета. Причем минус источника сразу подключается к общему проводу всех трех схем, а плюс подводится к клемме UП. Через эту клемму напряжение питания может быть подключено к любой из трех схем макета. Для подключения измерительных приборов и источника сигнала, выходы и входы всех схем снабжены соответствующими гнездами. В качестве источника сигнала используется генератор ГЗ-36, вырабатывающий синусоидальное напряжение в интервале частот 20 Гц — 200 кГц. Для наблюдения входного

ивыходного сигналов используется электронный осциллограф, а их измерениепроизводитсяэлектроннымивольтметрамиВЗ-38 илиВК7–9. Следует помнить, что корпуса генератора, осциллографа и ламповых вольтметров всегда подключаются к общему проводу схем.

На макете также размещен магазин сопротивлений R, содержащий четыре резистора: 100 Ом, 1 кОм, 10 кОм и 100 кОм. Эта группа резисторов предназначена для измерений входных и выходных сопротивлений схем.

Схема измерения входного сопротивления каскада приведена на

рис. 4.10. Измерение Rвх усилителя У производится на частоте 1 кГц в следующей последовательности: установить на входе схемы Uвх

иизмерить величину выходного напряжения Uвых. Затем то же входное напряжение подать на вход схемы через добавочное сопротивление Rд (рис. 4.10). В качестве Rд использовать один из резисторов магазина сопротивлений (наибольшую точность дает тот резистор, который уменьшает входной и соответственно выходной сигнал в два раза).

Рис. 4.10. Схема измерения входного сопротивления каскада

63

Очевидно, что

, (4.10)

где Uвх и Uвых — измененные значения входного и выходного сигналов из-за падения части входного напряжения на добавочном сопротивлении Rд. Схема измерения выходного сопротивления усилителя У показана на рис. 4.11.

Теперь один из резисторов магазина сопротивлений используется в качестве Rш. На частоте 1 кГц необходимо установить входное напряжение Uвх и измерить Uвых. Затем подключить Rш так, как показано на рис. 4.11. Наилучшие результаты дает резистор Rш, уменьшающий выходной сигнал в два раза. Измерить уменьшенное значение выходного напряжения U*вых.

По закону Кирхгофа:

. (4.11)

Рис. 4.11. Схема измерения выходного сопротивления усилителя

Задание I. Исследование характеристик схемы с общим эмиттером.

1) Изучить усилительный каскад, собранный по схеме с общим эмиттером (рис. 4.5) на макете. Схему перерисовать в тетрадь. Пользуясь таблицей 4.1, на зарисованной схеме указать номиналы использованных элементов и обозначить полярность включения электролитических конденсаторов.

64

2) Измеритькоэффициентусиленияпонапряжению KU каскадасОЭ. Подключить питание (12–15) В к каскаду с ОЭ. На вход схемы подать сигнал амплитудой 10 мВ и частотой 1 кГц от генератора ГЗ-36. На выход схемы включить электронный осциллограф и милливольтметр

ВЗ-38. Измерить выходное напряжение Uвых. Отношение Uвых/Uвх = KU. 3) Измерить входное сопротивление Rвх схемы с ОЭ. Uвх = 10 мВ,

частота — 1 кГц. Воспользоваться указаниями и схемой на рис. 4.10. Для вычисления Rвх использовать выражение (4.10).

4) Измерить выходное сопротивление Rвых схемы с ОЭ. Uвх = 10 мВ, частота — 1 кГц. Схема измерения Rвых приведена на рис. 4.11. Rвых вычислить по формуле (4.11).

5) Вычислить коэффициенты усиления по току КI, мощности КP схемы с ОЭ, воспользовавшись результатами измерений пунктов 2–4, а также формулами (4.3)–(4.5).

6) Снять частотную зависимость коэффициента KU каскада с ОЭ в интервале частот 20 Гц — 200 кГц, Uвх = 10 мВ. Измерения произ-

вести на частотах 2*10n, 3*10n, 5*10n,7*10n, 10*10n, где n = 1, 2, 3, 4, 5. Результаты представить в виде таблицы и графика KU = φ(lgf).

Задание II. Исследование характеристик схемы с общей базой.

1) Изучить усилительный каскад, собранный по схеме с общей базой (рис. 4.7) на макете. Схему перерисовать в тетрадь. Пользуясь таблицей 4.1, на зарисованной схеме указать номиналы использованных элементов и обозначить полярность включения электролитических конденсаторов.

2) Измерить коэффициент усиления по напряжению KU каскада сОБ.Подключитьпитание(12–15)ВксхемесОБ.Навходсхемыподать сигнал Uвх = 5 мВ и частотой 1 кГц от генератора ГЗ-36. Для измерения и контроля Uвых на выход схемы подключить милливольтметр ВЗ-38 и электронный осциллограф. Вычислить отношение Uвых/Uвх = KU.

3)ИзмеритьвходноесопротивлениеRвх схемысОБ.Uвх =5мВ,частота — 1 кГц. Измерения выполняются аналогично пункту 3 задания I.

4) Измерить выходное сопротивление Rвых схемы с ОБ. Измерения провести аналогично пункту 4 задания I. Uвх = 5 мВ, частота — 1 кГц.

5) Вычислить коэффициенты усиления по току КI и по мощности КP схемы с ОБ, воспользовавшись результатами измерений пунктов

2–4, а также формулами (4.5)–(4.7).

6) Снять частотную зависимость коэффициента KU схемы с ОБ в интервале частот 20 Гц — 200 кГц, Uвх = 5 мВ. Измерения произвести на частотах 2*10n, 3*10n, 5*10n,7*10n, 10*10n, где n = 1, 2, 3, 4, 5. Резуль-

таты представить в виде таблицы и графика KU = φ(lgf).

65

Задание III. Исследование характеристик схемы с общим коллектором.

1)Изучить усилительный каскад, собранный по схеме с общим коллектором (рис. 4.9) на макете. Схему перерисовать в тетрадь. Пользуясь таблицей 4.1, на зарисованной схеме указать номиналы использованных элементов и обозначить полярность включения электролитических конденсаторов.

2)Измерить коэффициент усиления по напряжению KU каскада

сОК. Подключить питание (12–15) В к схеме с ОК. На вход схемы

подать сигнал Uвх = 200 мВ и частотой 1 кГц от генератора ГЗ-36. Для наблюдения формы усиленного сигнала на выход схемы подключить электронный осциллограф и параллельно с ним — для измерения Uвых — милливольтметр ВЗ-38. Вычислить отношение Uвых/Uвх = KU.

3)Измерить входное сопротивление Rвх схемы с ОК. Uвх = 200 мВ, частота — 1 кГц. Измерения выполняются аналогично заданию пункта 3 задания I.

4)Измерить выходное сопротивление Rвых схемы с ОК. Измерения провести аналогично пункту 4 задания I. Uвх = 200 мВ, частота — 1 кГц.

5)Вычислить коэффициенты усиления по току КI и по мощности КP схемы с ОК, воспользовавшись результатами измерений заданий пунктов 2–4, а также формулами (4.5), (4.8) и (4.9).

6)Снять частотную зависимость коэффициента KU схемы с ОК в интервале частот 20 Гц — 200 кГц, Uвх = 5 мВ. Измерения произвести на частотах 2*10n, 3*10n, 5*10n,7*10n, 10*10n, где n = 1, 2, 3, 4, 5. Резуль-

таты представить в виде таблицы и графика KU = φ(lgf). Графики, полученные в пункте 6 заданий I, II и III, наложить друг на друга.

Задание IV. Используя результаты измерений и расчетов предыдущих заданий, заполнить итоговую таблицу 4.2 для сравнения параметров различных схем включения транзисторов (сдвиг фазы между входным и выходным сигналами получить из анализа работы схем).

Таблица 4.2

Итоговая таблица с результатами измерений

ОЭ

ОБ

ОК

66