Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Физические основы электроники. Лабораторный практикум. Учебное пособие
.pdf
31
Рис. 18. Схема включения транзистора с ОЭ
2. Подключить стенд к сети, включить питание стенда.
3. Снять семейство входных характеристик транзистора
IБ = f(UБЭ) при UКЭ=0 В; +2В; +5В; +10В (рис. 17, а).
3.1. С помощью ручки регулировки ЕK установить значение
UКЭ ≈ 0 В (по показаниям VКЭ).
3.2. Изменяя с помощью ручки регулировки ЕБ напряжение
UБЭ, снять характеристику IБ = f(UБЭ).
Повторить пункты 3.1-3.2 для UКЭ = +2В; +5В; +10В.
4. Снять семейство выходных характеристик транзистора
IК = f(UКЭ) при IБ = 0; 50; 100; 150; 200 [мкА] (рис. 17, б).
4.1. С помощью ручки регулировки ЕБ установить значение
IБ ≈ 0 А (по показаниям АБ).
4.2 . Изменяя с помощью ручки регулировки ЕК напряжение
UКЭ, снять характеристику IК = f(UКЭ).
Повторить пункты 4.1-4.2 для IБ = 50; 100; 150; 200 [мкА].
5. Экспериментальным путем определить Н-параметры
транзистора в заданной точке покоя по формулам (6)-(9). Для
этого установить заданные значения тока базы IБ и напряжения
коллектор-эмиттер UКЭ, измерить ток коллектора IК и напряжение
база-эмиттер UБЭ. Занести полученные значения в первую строку
табл. 7.
6. Установить с помощью ручки регулировки ЕК значение
напряжения UКЭ, полученное в п. 5, а затем дать приращение току
базы IБ (с помощью ручки регулировки ЕБ). Снять показания приборов и заполнить третью строку табл. 7.
32
Таблица 7
№ строки I
1
2
3
Б
U
БЭ
U
КЭ
I
К
7. Определить приращения dIБ, dUБЭ, dUКЭ, dIК и рассчитать
h-параметры транзистора по результатам измерений, используя
формулы (6)-(9), где IБ=I1; IК=I2; UБЭ=U1; UКЭ=U
.
2
Содержание отчёта
1. Название работы.
2. Цель работы.
3. Перечень оборудования.
4. Исследуемые схемы.
5. Результаты исследований с таблицами.
6. Построить ВАХ транзистора по эксперименту. Нарисо-
вать семейство входных и выходных характеристик транзистора.
Экспериментальным путем определить Н-параметры транзистора.
7. Выводы.
8. Ответить на контрольные вопросы.
Контрольные вопросы и задания
1. Какие типы биполярных транзисторов вы знаете и чем
они отличаются друг от друга?
2. Как работает биполярный транзистор, каковы его основ-
ные характеристики?
3. Как влияет температура на характеристики биполярных
транзисторов?
4. Как обозначаются на схеме биполярные p-n-p и n-p-n
транзисторы?
5. Что такое биполярный транзистор?
6. Нарисуйте структуру биполярного p-n-р транзистора и
поясните его работу.
7. Что собой представляют статические входные и выход-
ные характеристики биполярного транзистора с ОЭ?
33
8. Что такое дифференциальный коэффициент передачи
тока из эмиттера в коллектор?
9. Что характеризует дифференциальный коэффициент
передачи тока из базы в коллектор?
10. Нарисуйте схемы включения биполярного транзистора с
ОЭ, ОК и ОБ.
11. Что собой представляет эквивалентная схема биполяр-
ного транзистора в Н-параметрах?
12. Какие вы знаете режимы работы биполярного транзи-
стора?
Лабораторная работа № 4. Исследование усилительного
каскада на биполярном транзисторе
Цель работы: изучение характеристик, параметров и ре-
жимов работы усилительного каскада на биполярном транзисторе.
Краткие теоретические сведения
Принципиальная схема усилительного каскада на биполярном транзисторе по схеме с общим эмиттером приведена на
рис. 19. В основе принципа действия каскада лежит преобразование энергии источника питания в энергию переменного выходного сигнала за счет изменения выходного тока усилительного элемента по закону, задаваемому источником входного сигнала.
Функцию усилительного элемента (УЭ) в каскаде выполняет
транзистор VT, работающий в активном режиме. Резистор R
задает динамический режим работы УЭ. При отсутствии R
невозможно изменение напряжения на выходе каскада, даже при
создании всех необходимых условий. Резисторы Rб1 и Rб2 образуют резистивный делитель, задающий режим покоя каскада. Так
как биполярный транзистор управляется током, ток покоя коллектора I0к создается заданием тока покоя базы I0б соответствующей величины.
к
к
34
Рис. 19. Схема усилительного каскада с ОЭ
Конденсаторы Ср1 и Ср2 исключают протекание постоянного
тока от цепей транзистора в нагрузку и в источник входного сигнала. Элементы Rэ, Сэ составляют цепь термостабилизации положения рабочей точки усилительного элемента и служат для
создания последовательной отрицательной обратной связи по
постоянному току и устранения такой связи по переменному
току. Eк - источник питания каскада и источник питания цепи
смещения (Rб1, Rб2), Rн – нагрузка каскада.
Различают два режима работы усилительного каскада: режим покоя (или режим по постоянному току) и динамический
режим (или режим по переменному току). В режиме покоя входной сигнал отсутствует (источник входного сигнала закорочен), в
цепях усилительного элемента протекают постоянные токи, при
этом конденсаторы заменяются разрывами. Величина постоянных составляющих определяется заданным классом усиления. В
режиме по переменному току под действием входного переменного сигнала токи и напряжения усилительного элемента приобретают переменные составляющие, которые накладываются на
постоянные. Определение величин постоянных и переменных составляющих токов и напряжений в усилительном каскаде осуще-
35
ствляется графоаналитическим методом с использованием
статических вольт-амперных характеристик (ВАХ) транзистора и
нагрузочных прямых по переменному и постоянному току. Нагрузочные прямые представляют собой траекторию движения рабочей точки усилительного элемента в усилительном каскаде,
однозначно связывая выходные ток и напряжение усилительного
элемента.
В режиме покоя рабочая точка (точка покоя) во входной
цепи транзистора задается в соответствии с классом усиления на
входной статической вольт-амперной характеристике. В классе
усиления А рабочая точка должна находиться на середине линейного участка входной характеристики транзистора для усиления
сигнала с минимальными искажениями. В этом случае при подаче
входного переменного сигнала, например, синусоиды, формируется ток базы, повторяющий по форме входное напряжение
(рис. 20). Координаты рабочей точки на входной ВАХ – (U
0бэ
, I0б).
Расчет параметров режима покоя для выходной (коллекторной) цепи производится на выходных статических вольтамперных характеристиках при построении нагрузочной прямой
по постоянному току. Выражение для выходной цепи каскада, составленное по второму закону Кирхгофа, является уравнением
нагрузочной прямой по постоянному току: Eк≅Iк(Rк+ Rэ)+U
кэ.
В соответствии с полученным уравнением нагрузочная
прямая строится на выходных характеристиках по двум точкам:
1) Uкэ=0, Iк= Eк/(Rк+Rэ); 2) Iк=0, Uкэ=Eк. Точка покоя транзистора с
координатами (U
, I0к) является точкой пересечения (на рис. 21
0кэ
точка А) нагрузочной прямой постоянного тока и воль-амперной
характеристики, соответствующей значению базового тока, например, Iб2 = I0б, заданному на входной характеристике. Поскольку транзистор работает в активном режиме, токи коллектора и
базы связаны соотношением вида:
I0к= I0б∙β
0,
36
где β0 – статический коэффициент передачи тока базы, используется при расчетах на постоянном токе.
Рис. 20. Задание рабочей точки транзистора и определение переменных составляющих базового тока и напряжения по входной ВАХ
Размах переменных составляющих коллекторного тока и
выходного напряжения определяется с помощью нагрузочной
прямой переменного тока, которая также строится на выходных
статических характеристиках транзистора (рис. 21). Данная прямая проходит через предварительно заданную точку покоя А.
Уравнение нагрузочной прямой по переменному току имеет вид:
uкэ(t)=Eк – I0к(Rк+Rэ) – ∆iк(t)Rн~=U
–∆iк(t)R
0кэ
н~,
37
где ∆iк(t)=ImкRн~sin ωt - переменная составляющая коллекторного
КЭ
»
тока при входном гармоническом сигнале; Imк - амплитуда
переменной составляющей коллекторного тока; Rн~ - сопротивление нагрузки по переменному току определяется в режиме
по переменному току.
Рис. 21. Построение нагрузочных прямых и определение переменных составляющих коллекторного тока и напряжения
Нагрузочная прямая переменного тока строится по двум
U
точкам: 1) точка покоя А; 2) I
Kmax
=
IR+
0
0К
(при uКЭ(t)=0, т.
H
38
е. при отсутствии переменной составляющей напряжения), либо
=
+
кэmax
0кэ
(при ∆iк(t)=0 , т. е. при отсутствии перемен-
0к
н~
ной составляющей тока).
Таким образом, нагрузочная прямая переменного тока
«привязана» к точке покоя А, и при изменении ее положения
прямая переносится в новую точку покоя параллельно самой
себе. Максимальная мощность, отдаваемая в нагрузку каскадом,
обеспечивается в положении, при котором точка покоя А располагается на середине нагрузочной прямой переменного тока.
Кроме переменной составляющей тока коллектора, нагрузочная
прямая переменного тока позволяет определить амплитуду выходного напряжения, равную амплитуде переменной составляющей коллекторного напряжения.
Порядок выполнения работы
1. Ознакомиться с краткой теорией и описанием стенда
(приложение).
2. Экспериментальное исследование усилительного каскада
на биполярном транзисторе в классе А:
а) собрать схему для исследования усилительного каскада в
соответствии с рис. 22. Подключить канал СН1 осциллографа к
входу усилителя, а канал CH2 - к выходу усилителя. Регулятор
амплитуды функционального генератора ФГ повернуть влево до
упора. Включить питание стенда. На функциональном генераторе
установить синусоидальный сигнал частотой 50 Гц. При токе
Iб = 0 установить с помощью ручки регулировки источника
Ек напряжение 12 В и далее не изменять его при всех
экспериментах;
б) определить экспериментально максимальную амплитуду
неискаженного выходного синусоидального напряжения U
m.вых
Для этого при токе базы, равном нулю, задать положение нулевых линий каналов на экране осциллографа. Нулевую линию канала CH2 можно сместить вниз для увеличения масштаба. Плав-
.
39
но увеличить амплитуду входного сигнала и постоянную составляющую тока базы до появления видимого уплощения вершин
синусоиды выходного напряжения. Обратить внимание, одновременно ли начинают уплощаться положительная и отрицательная полуволны. При необходимости уточнить положение рабочей
точки покоя. Зарисовать сфазированные с входным напряжением
uвх и осциллограммы выходного напряжения u
с искажениями
вых
и без искажения. На осциллограммах указать основные параметры наблюдаемых сигналов. Зафиксировать масштабы по напряжению и по времени. Дальнейшие измерения выходного сигнала
необходимо производить в том же масштабе;
Рис. 22. Схема усилительного каскада на биполярном транзисторе
в) определить положение рабочей точки покоя. Для этого
уменьшить входной синусоидальный сигнал до нуля и определить величины токов покоя I0б, I0к; по осциллографу определить
U0к;
г) определить коэффициент усиления каскада по напряже-
нию KU. Для этого установить Iб = I0б, вход CH1 осциллографа
переключить на закрытый вход (АС). Изменяя переменный входной сигнал, добиться неискаженного синусоидального по форме
максимального выходного сигнала. Измерить с помощью осциллографа амплитуды выходного U
и входного U
m.вых
сигналов.
m.вх
Определить коэффициент усиления;
д) исследовать экспериментально влияние положения рабо-
чей точки покоя на форму выходного напряжения. Для этого убе-
40
диться, что на выходе усилителя установлена максимальная амплитуда синусоидального неискаженного выходного напряжения.
Зарисовать кривые выходного напряжения при изменении постоянной составляющей тока базы Iб1 = 0,5I0б и Iб2 = 1,5 I0б, при этом
переменный входной сигнал изменять не следует.
3. Экспериментальное исследование усилительного каскада
на биполярном транзисторе в классе В:
а) определить амплитуду выходного напряжения (полувол-
ны) в классе В. Для этого с помощью потенциометра RP1 установить Iб = 0 и, регулируя амплитуду входного сигнала, добиться
максимальной не уплощенной полуволны синусоиды выходного
напряжения. Зарисовать и обработать осциллограмму;
б) если длительность полуволны меньше полупериода, повысить потенциометром RP1 постоянный ток Iб и, изменяя переменный входной сигнал, добиться воспроизведения усилителем
ровно половины периода неискаженного синусоидального напряжения с максимальной амплитудой. Уменьшить Uвх до нуля и
записать значение тока Iб, который пришлось установить в рабочей точке покоя, чтобы не было искажений. Эта рабочая точка
покоя соответствует классу АВ.
4. Экспериментальное исследование усилительного каскада
на биполярном транзисторе в классе D:
а) исследовать работу транзистора в ключевом режиме
(класс D). Установить Iб = 0 и увеличить сигнал от функционального генератора до перехода транзистора в ключевой режим. Зарисовать и обработать осциллограмму выходного напряжения;
б) повторить опыт при подаче на вход прямоугольного
сигнала.
Содержание отчёта
1. Название работы.
2. Цель работы.
3. Перечень оборудования.
4. Исследуемая схема (рис. 22).
5. Зарисовать осциллограммы выходного напряжения u
вых
искажениями и без искажения. На осциллограммах указать основные параметры наблюдаемых сигналов.
с
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]