Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электроника и схемотехника. Методические указания к лабораторным работам.pdf
Федеральное агентство связи
Федеральное государственное бюджетное
образовательное учреждение высшего образования
«Сибирский государственный университет
телекоммуникаций и информатики»
(СибГУТИ)
В.Л. Савиных
ЭЛЕКТРОНИКА И СХЕМОТЕХНИКА
М
етодические указания
к лабораторным работам
овосибирск
Н
2020
УДК 621.3.049.77
Утверждено редакционно-издательским советом СибГУТИ
Рецензент: канд. техн. наук, доц. Воробьева С.В.
Савиных В.Л. Электроника и схемотехника : Методические указания к
лабораторным работам / Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики; кафедра технической электроники. – Новосибирск,
2020. – 84 с.
Методические указания предназначаются для студентов дневной формы
обучения по направлениям 1
ных средств», 11.03.04 «Интегральная электроника и наноэлектроника»,
10.03.01 «Информационная безопасность».
1.03.03 «Конструирование и технология электрон-
С
авиных В.Л., 2020
Сибирский государственный университет
телекоммуникаций и информатики, 2020
Оглавление
Лабораторная работа 1. Исследование параметров усилителя на биполяр-
Лабораторная работа 2. Исследование характеристик усилителя на бипо-
12
ре……………………………………………………………………...
17
Лабораторная работа 4. Исследование усилителя с отрицательной обратной
связью ……………………………………………………………………………
23
Лабораторная работа 5. Разработка усилителя на БТ с коррекцией АЧХ на
нижних и верхних частотах……………………………………………………..
31
Лабораторная работа 6. Разработка усилителя на основе ОУ с коррекцией
АЧХ на нижних и верхних частотах…………………………..………………
38
Лабораторная работа 7. Исследование бестрансформаторных усилителей
мощности ……………………………………………………………………….
44
Лабораторная работа 8. Исследование активных фильтров ………………
49
Лабораторная работа 9. Исследование активного высокодобротного фильтра…………………………………………………………………………
58
Лабораторная работа 10. Исследование RC-генераторов …………………
61
Лабораторная работа 11. Исследование перемножителя на полевых транзисторах ……………………………………………………………………..
65
Лабораторная работа 12. Исследование схемы оптимального сложения па-
раллельных сигналов …………………………………………………………
70
Лабораторная работа 13. Исследование счетчиков……………………………
74
Лабораторная работа 14. Исследование регистров сдвига……………………
80
м транзисторе………………………………………………………............. 4
но
лярном транзисторе ………………………………………………………….........
Лабораторная работа 3. Исследование усилителя на полевом транзисто-
3
Лабораторная работа 1.
Исследование параметров усилителя на биполярном транзисторе
1 Цель работы
Исследовать принцип работы усилителя на биполярном транзисторе для
различных схем его включения и влияние параметров биполярного транзистора
и элементов схемы на параметры усилителя.
2 Подготовка к работе
2.1 Изучить следующие вопросы курса:
– схемы включения БТ в усилителях (ОЭ, ОБ, ОК);
– параметры усилителя и их отличия в различных схемах включения БТ;
– влияние элементов схемы на параметры усилителя;
– способы температурной стабилизации параметров усилителя.
2.2 Ответить на следующие контрольные вопросы:
– перечислить и дать пояснение основным параметрам и характеристикам уси-
лителя;
– привести схемы включения БТ в усилителях с ОЭ, ОБ и ОК, пояснить назна-
чение элементов;
– как зависят параметры усилителя от параметров транзистора и нагрузки?
3 Литература
3.1 Игнатов А.Н. и др. Классическая электроника и наноэлектроника. –
М.: Флинта: Наука, 2009.
3.2 Травин Г.А. Основы схемотехники устройств радиосвязи, радиовещания и телевидения. – Новосибирск, СибГУТИ, 2001. – С. 23-63.
3.3 Алексенко А.Г., Шагурин Н.Н. Микросхемотехника. – М.: Высшая
школа, 1991. – С. 378-381.
3.4 Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроника. – М.: Высшая школа, 1991. – С.
215-225, 264-282.
3.5 Войшвилло Г.В. Усилительные устройства. – М.: Радио и связь, 1983.
– С. 64-81.
3.6 Степаненко И.П. Основы микроэлектроники. – М.: Сов. Радио, 1980. –
С. 291-306, 319-326.
3.7 Конспект лекций.
4 Схемы исследования
Д
ля определения расчетных параметров усилителя необходимо опреде-
лить h-параметры транзистора. Схема для измерения h-параметров приведена
на рисунке 1. Измерение параметров осуществляется на переменном токе.
Входное сопротивление БТ равно
h
=U
11Э
измеряется на входе БТ вольтметром переменного тока, а входной ток IБ~
U
БЭ~
/ IБ~. (1)
БЭ~
устанавливается источником переменного тока.
4
Р
ВХ
ВЫХ
U
U
U
K
1
=
ис.1. Принципиальная схема измерения h-параметров
Коэффициент передачи по току равен
Ток базы I
определен выше, а выходной ток коллектора IК~ измеряется
Б~
амперметром переменного тока в цепи коллектора.
Схема усилителя при включении биполярного транзистора структуры
n-p-n с общим эмиттером представлена на рисунке 2.
h
21Э=IК~
/ IБ~ (2)
Рис. 2. Принципиальная схема усилителя при включении БТ с ОЭ
Резистор R1* задает ток базы и подбирается в процессе исследования
схемы, R2 – нагрузка, R3 – дополнительная нагрузка, используется при определении R
. Конденсаторы С1 и С2 являются разделительными.
ВЫХ
При измерении параметров усилителя на БТ коэффициент передачи уси-
лителя по напряжению определяется как
, (3)
где U
ВЫХ 1
напряжение на выходе усилителя без резистора R3.
5
Входное сопротивление усилителя определяется аналогично параметру
ВХ
ВХ
ИЗМВХ
I
U
R =
−= 13
2
1
ВЫХ
ВЫХ
ВЫХ
U
U
RR
h
по формуле
11Э
Для определения выходного сопротивления подключается дополнительная нагрузка R3 и измеряется выходное напряжения U
числяется по формуле
Схема усилителя при включении транзистора с общей базой изображена
на рисунке 3.
. (4)
. Сопротивление вы-
ВЫХ2
(5)
Рис.3. Принципиальная схема усилителя при включении БТ с ОБ
Резистор R1 задает ток транзистора, R2 – нагрузка, R3 – дополнительная
нагрузка, служит для определения R
усилителя, С1 и С2 – разделительные
ВЫХ
конденсаторы.
Параметры усилителя определяются формулами (3), (4) и (5).
Схема усилителя при включении транзистора по схеме с общим коллек-
тором (эмиттерный повторитель) изображена на рисунке 4. Резистор R1
Рис.4. Принципиальная схема усилителя при включении БТ с ОК
6
задает ток транзистора, R2 – дополнительная нагрузка, служит для определения
IБ~, мкА
U
БЭ~
, мВ
IК~, мА
h
11Э
, Ом
h
21Э
h
11Б
, Ом
h
21Б
Э
Э
РАСЧU
h
Rh
K
11
21
2⋅
≈
Э
РАСЧВХ
hR
11
≈
2RR
РАСЧВЫХ
≈
R
усилителя. Параметры KU, RВХ и R
ВЫХ
определяются по формулам (3), (4)
ВЫХ
и (5).
5 Задание на работу в лаборатории
5.1 В качестве активного элемента усилителя используется один из бипо-
лярных транзисторов структуры n-p-n (тип транзистора выбирается по указанию преподавателя из приложения А). Для измерения параметров h-параметров
транзистора собирается схема, изображенная на рисунке 1, используя электронную лабораторию Multisim 14.0.
Установить частоту генератора I
Изменяя ток источника I
установить такой ток базы, чтобы постоянный ток
Б0
равной 1 кГц, а его ток равным нулю.
Б~
коллектора транзистора составлял 7-8 мА. Переключить амперметр с измерения
постоянного тока на переменный.
5.2 Увеличивая сигнал от генератора переменного тока I
установить ток
Б~,
коллектора равный примерно 1 мА. Затем приборами переменного тока измерить напряжения U
и h
по формулам (1) и (2).Результаты расчета занести в таблицу1.
21Э
и IК~, записать их в таблицу 1. Рассчитать параметры h
БЭ~
11Э
Табл. 1. Параметры транзистора
5.3 Для исследования усилителя на транзисторе, включенном по схеме с
общим эмиттером, предварительно рассчитать коэффициент усиления K
входное и выходное сопротивления R
ВХ иRВЫХ
, записать в таблицу 2.
U
,
,
.
5.4 Исследовать усилитель на биполярном транзисторе с общим эмиттером (рисунок 2). Конденсатор С2 и резистор R3 не подключать.
Установить напряжение генератора G~ равным нулю. Подбирая величину
резистора R1 (в качестве этого резистора используются номинал из ряда Е24,
приложение 2), так чтобы постоянное напряжение на коллекторе транзистора
составляло 7-8 вольт. Переключить вольтметр постоянного тока на режим переменного тока.
5.5 Установить напряжение генератора G~ такой величины, чтобы переменное напряжение на выходе усилителя составляло 2-2,5 В. Записать U
U
. Определить К
ВЫХ 1
UИЗМ иRВХ ИЗМ
по формулам (3) и (4), записать в таблицу
ВХ
и
1.2 и сравнить с расчетными параметрами (п. 5.3).
,
7
Табл. 2. Параметры усилителя
Сх. Вкл.
БТ
Примеч
UВХ,
мВ
U
,
В
U
,
В
KU
R
,
Ом
R
,
Ом
ОЭ
Расч.
П 5.3
- - -
Измер
П. 5.5,
5.6
ОБ
Расч.
П. 5.8
- - -
Измер
П. 5.10,
5.11
Б
Б
РАСЧU
h
Rh
K
11
21
2⋅
=
НЭЭ
Н
Э
РАСЧU
Rhh
R
h
K
⋅+
+
⋅+
=
)1(
)1(
2111
21
ВЫХ1
ВЫХ 2
ВХ
ВЫХ
5.6 Подключить С2 и R3. Измерить U
формуле (5) определить R
ВЫХ 2
, результат занести в таблицу 2.
ВЫХ
с нагрузкой (RН=R3) и по
5.7 Исследовать соотношение фаз входного и выходного сигналов. Для
этого отключить элементы С2, R3 и использовать осциллограф. Входы осциллографа подключить к точкам U
ВХ
и U
усилителя. Зарисовать осциллограм-
ВЫХ
мы одна под другой. Обратить внимание на инверсию сигнала.
5.8 Исследовать усилитель при включении транзистора в схеме с общей
базой. Для этого предварительно рассчитать h
21Эиh11Э
.
Результаты занести в таблицу 1.
Параметры усилителя определим по формулам
, R
ВХ РАСЧ ≈h11Б
, R
ВЫХ РАСЧ
≈R2.
Результаты занести в таблицу 2.
5.9 Собрать усилитель на транзисторе, включенном по схеме с ОБ (рисунок 4).
5.10 Установить напряжение генератора U
жение на выходе усилителя составляло 2-2,5 вольта. Измерить U
Рассчитать К
UИЗМ иRВХ ИЗМ
по формулам (3) и (4), записать в таблицу 2 и срав-
таким образом, чтобы напря-
G
и U
ВХ
ВЫХ 1
нить с расчетными параметрами.
5.11 ИзмеритьR
считать R
по формуле (5) (RН= R3).
ВЫХ
. Для этого подключить С2 и R3, измерить U
ВЫХ
ВЫХ 2
. Рас-
5.12 Исследовать соотношение фаз входного и выходного сигналов. См.
п. 5.7. Зарисовать осциллограммы одна под другой. Обратить внимание на син-
фазность входного и выходного сигналов.
5.13 Для исследования эмиттерного повторителя предварительно рассчитать его параметры.
5.14 Рассчитать K
=2 кОм и RН2=400 Ом по формуле
R
Н1
эмиттерного повторителя для двух случаев нагрузки
U
.
.
Результаты расчетов занести в таблицу 3.
8
Табл. 3. Параметры эмиттерного повторителя
Сопрот.
UВХ,
U
ВЫХ
,
К
U
RВХ (кОм)
нагруз
В
В
Расч.
Изм.
Расч.
Изм.
RН1= 2
кОм
RН2=0,4
кОм
НЭЭРАСЧВХ
RhhR ⋅++= )1(
2111
1
21
11
+
+
≈
Э
ЭИ
РАСЧВЫХ
h
hR
R
Сопрот.
Источн.
U
,
В
U
, В R
,
(Ом)
Расч.
Изм.
RИ1=0,6 кОм
RИ2=10 кОм
5.15 РассчитатьR
грузки по формуле
Результат записать в таблицу 1.3.
5.16 Рассчитать R
точника сигнала R
И1
Результат записать в таблицу 4.
Табл. 4. Выходное сопротивление эмиттерного повторителя
эмиттерного повторителя для тех же двух случаев на-
ВХ
.
для двух случаев внутреннего сопротивления ис-
ВЫХ
= 10 кОм и RИ2= 0,6 кОм по формуле
.
ВЫХ 1
ВЫХ 2
ВЫХ
5.17 Собрать схему эмиттерного повторителя (рисунок 5), сопротивление
источника сигнала R
=600 Ом. (Резистор R2, показанный на схеме пунктиром,
И
не подключать.)
5.18 Установить U
=1 В и затем измерить U
G~
. Определить К
ВЫХ 1
UиRВХ
по формулам (3) и (4). Результат вычислений занести в таблицу 3.
5.19 Подключить резистор R2. Сопротивление нагрузки R
при этом бу-
Н2
дет состоять из параллельно включенных резисторов R1 и R2 и составлять 0,4
кОм. УстановитьU
=1 В. Затем снова измерить U
G~
и определить КUи RВХ
ВЫХ 2
по формулам (3) и (4). Результат вычислений занести в таблицу 3.
5.20 Определить R
0,6 кОм. (Данные U
ВЫХ 1
5.21 Провести измерение R
ления источника равного R
U
ВЫХ 2
R
ВЫХ
при сопротивлениях нагрузки R
по формуле (5) и результат занести в таблицу 4.
(формула 5) для сопротивления источника равного
ВЫХ
и U
берутся из п.п. 5.16 и 5.17, R2=510 Ом.)
ВЫХ 2
эмиттерного повторителя для сопротив-
ВЫХ
=10 кОм. Для этого провести измерение U
И
Н1
и R
соответственно. Определить
Н2
ВЫХ 1
и
5.22 Исследовать соотношение фаз входного и выходного сигналов. См.
п. 5.7. Обратить внимание на идентичность фаз сигналов.
9
6 Указание к составлению отчета
№ вар
1 2 3 4 5
Тип БТ
КТ3102A
КТ3102B
КТ3102D
КТ3102E
КТ3102G
№ вар
6 7 8 9 10
Тип БТ
КТ3102V
KT 315B
KT 315D
KT 315E
KT315G
№ вар
11
12
13
14
15
Тип БТ
KT 315I
KT 315V
KT 315Z
KT316A
KT316B
№ вар
16
17
18
19
20
ТипБТ
KT316D
KT316G
KT316V
KT355A
KT368A
№ вар
21
22
23
24
25
ТипБТ
KT368B
KT371A
KT371B
KT373A
KT373B
№ вар
26
27
28
28
30
ТипБТ
KT373G
KT373V
KT375A
KT375B
KT630A
1
1,1
1,2
1,3
1,5
1,6
1,8
2,0
2,2
2,4
2,7
3,0
3,3
3,6
3,9
4,3
4,7
5,1
5,6
6,3
6,8
7,5
8,2
9,1
6.1 Привести схемы исследования с указанием транзистора, который ис-
пользовался в работе, таблицы с результатами измерений, осциллограммы сиг-
налов на входе и на выходе усилителей.
6.2 Сравнить расчетные и измеренные параметры усилителей для различных схем включения БТ. Сделать выводы.
Приложение А
Табл. ПА. Варианты задания
Приложение Б
Табл. ПБ. Ряд Е24
Другие номиналы резисторов получаются умножением выше приве-
денных номиналов на 10
n
, где n – целое положительное или отрицательное
число.
Приложение В
Выходное сопротивление определяется следующим методом. Из эквива-
лентной схемы выходной цепи усилителя, представленной на рисунке В1,
10