Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электроника и схемотехника. Методические указания к лабораторным работам.pdf
E I R R
ВЫХ ВЫХ Н
= +( )
I
U
R
ВЫХ
ВЫХ
Н
=
E
U
R
R R
ВЫХ
Н
ВЫХ Н
= +( )
R R
E
U
ВЫХ Н
ВЫХ
= −
1
R R
U
U
ВЫХ Н
ВЫХ
ВЫХ
= −
1
2
1
Рис. В1. Эквивалентная схема для определения R
ВЫХ
запишем
Поскольку без дополнительной нагрузки в усилителе Е = U
U
ВЫХ=UВЫХ2
где U
R3.
. Поскольку
, получим
. Из этого уравнения находим
ВЫХ 1
.Окончательно запишем
,
напряжение на выходе усилителя при подключенном резисторе
ВЫХ 2
.
, а
11
Лабораторная работа 2.
Исследование параметров и характеристик усилителя на биполярном
транзисторе
1 Цель работы
Исследовать амплитудные и частотные характеристики при различных
параметрах элементов схемы, а также зависимость нелинейных искажений от
режима работы усилителя на биполярном транзисторе (БТ).
2 Подготовка к работе
2.1 Изучить следующие вопросы курса:
– характеристики и параметры усилителя в различных схемах включения БТ;
– влияние элементов схемы на характеристики и параметры усилителя;
– зависимость нелинейных искажений от режима работы транзистора и уровня
сигнала.
2.2 Ответить на следующие контрольные вопросы:
– перечислить и дать пояснение основным характеристикам и параметрам уси-
лителя;
– объяснить поведение и то, какие факторы влияют на амплитудную и частот-
ную характеристики усилителя и нелинейные искажения.
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 Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроника. – М.: Высшая школа, 1991. – С.
215-225, 264-282.
3.4 Степаненко И.П. Основы микроэлектроники. – М.: Лаборатория Базо-
вых Знаний, 2001. – С. 339-347.
3.5 Конспект лекций.
4 Схема исследования
Схема усилителя при включении биполярного транзистора с общим эмит-
тером представлена на рисунке 1. В качестве активного элемента усилителя ис-
пользуется один из биполярных транзисторов структуры n-p-n по заданию преподавателя (приложение А). Питание усилителя осуществляется от источ-ника
напряжения U
=+15 В. Сигнал на вход усилителя подается от генератора пе-
П
ременного тока G∼. Резисторы: R1 определяет ток базы (подбирается в процессе исследования, устанавливая заданный режим работы БТ), R2 и R3 являются
нагрузкой. Конденсаторы: С1 и С3 – разделительные, С2 – емкость нагрузки.
Вольтметр V – используется для установки режима БТ по постоян-ному току, и
он же используется для измерения напряжения на выходе U
сигнала пере-
ВЫХ
менного тока.
12
1
2
2
U
U
К
n
i
i
Г
∑
=
=
UВХ, мВ
0 5 10
15
20
...
RН=R2
U
ВЫХ
, В
Рис. 1. Принципиальная схема усилителя
5 Задание на работу в лаборатории
5.1 Используя электронную лабораторию Multisim 14.0, собрать схему,
изображенную на рисунке 1. Элементы, показанные на схеме пунктиром (С2,
С3 и R3), не подключать. Резистор R1 предварительно взять равным 100 кОм.
5.2 Установить частоту генератора G~ равной 1000 Гц, его напряжение
равно нулю. После этого подобрать сопротивление в цепи базы R1 в пределах
30 – 500 кОм, номинал резистора должен соответствовать ряду Е24 (прило-
жение Б), так чтобы постоянное напряжение на коллекторе транзистора было
равно U
=7-8 В. Переключить вольтметр постоянного тока (DC) на измере-
КЭ0
ние переменного тока (AC).
5.3 Снять амплитудную характеристику усилителя U
симость нелинейных искажений от уровня входного сигнала К
напряжении на входе усилителя U
=0 измерить напряжение на выходе, соот-
ВХ
ВЫХ
=F(U
=F(U
Г
) и зави-
ВХ
). При
ВХ
ветствующее напряжению шумов. Результат занести в таблицу 1. Затем снять
амплитудную характеристику, начиная с напряжения на входе U
=5 мВ с ин-
ВХ
тервалом 5 мВ. Нелинейные искажения определяется с использованием опции
анализа Fourier, записывая значения гармоник в таблицу 1. Коэф-фициент гармоник определяется по формуле
,
где n – номер гармоники, амплитуда которой меньше, чем у первой, в 20 раз.
Отметить, контролируя осциллографом, при каком напряжении на входе
появятся видимые нелинейные искажения сигнала на выходе усилителя, зарисовать вид искажений. Определить К
при U
=10 мВ.
ВХ
для неискаженного сигнала, например,
U
Табл. 1. К определению К
Г
13
U1, В
U2, В
U3, В
U4, В
U5, В
U6, В
U7, В
U8, В
U9, В
К
Г
, %
RН=R2 и R3
U
ВЫХ
, В
К
С1,
мкФ
f , Гц
10
20
30
50
70
100
200
300
500
700
1000
U
ВЫХ
, В
Кн
Yн
U
ВЫХ
, В
Кн
Yн
С2,
нФ
f , кГц
1 2 3 5 10
20
30
50
100
U
ВЫХ
, В
= …
U
5.4 Подключить к выходу усилителя через разделительный конденсатор
С2 сопротивление нагрузки R3. Снять амплитудную характеристику. Результаты занести в таблицу 1. Отключить С2 и R3.
5.5 Снять АЧХ U
= F(f) на нижних частотах для двух значений С1,
ВЫХ
равных 10 мкФ и 1 мкФ. Характеристику получают методом экспресс-анализа:
в опции Analysis выбрать ACFrequence… и т. д. Предварительно определить
номер точки выхода усилителя. Результаты измерений занести в таблицу 2.
Табл. 2. Коэффициент передачи на нижних частотах. U
ВХ
=…
10
1
Относительный коэффициент передачи Y
усиления на частоте 1 кГц.
зочной емкости С3. Вторая при подключенной емкости С3=1000 пФ непосредственно к коллектору БТ (С2 и R3 не подключать). Результаты измерений зане-
сти в таблицу 3. Частоты для измерений взять 0.001, 1, 10, 20, 30, 50, 70, 100,
…МГц. Измерения проводить до тех пор, пока коэффициент усиления не сни-
зится в 2 раза.
Н=КН/KU0
, где КU0 – коэффициент
5.6 Снять две АЧХ на высоких частотах. Одна при отключенной нагру-
Табл. 3. Коэффициент передачи на верхних частотах. U
14
ВХ
=…
0
К
В
YН
1
U
ВЫХ
, В
К
В
YВ
№ вар
1 2 3 4 5
Тип БТ
KT 315B
KT 315D
KT 315E
KT315G
KT 315I
№ вар
6 7 8 9 10
Тип БТ
KT 315V
KT 315Z
KT316A
KT316B
KT316D
№ вар
11
12
13
14
15
Тип БТ
KT316G
KT316V
KT355A
KT368A
KT368B
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
Относительный коэффициент передачи Y
В=КВ/KU0
,
5.7 При помощи осциллографа исследовать вид нелинейных искажений
при различных режимах транзистора по постоянному току. Для этого: изменить
номинал резистора R1, полученного в п. 5.2, в два раза в меньшую и в большую
стороны. Зарисовать осциллограммы.
6 Указание к составлению отчета
6.1 Привести схемы исследования, таблицы с результатами измерений,
осциллограммы искаженных сигналов.
6.2 На графике №1 построить амплитудные характеристики, полученные
в п.п. 3 и 4.
6.3 На графике №2 построить зависимости К
=F(UВХ).
Г
6.4 На графике №3 построить АЧХ, Y= F(f) , полученные в п.п. 5.5 и 5.6,
откладывая частоту в логарифмическом масштабе (рисунок В.1).
Приложение А
Табл. П1. Варианты задания
Приложение Б
Табл. П2. Ряд Е24
Другие номиналы резисторов получаются умножением выше приведен-
ных номиналов на 10
n
, где n – целое положительное или отрицательное число.
15
Приложение В
Рис. В1. АЧХ усилителя
16
Лабораторная работа 3.
Исследование усилителя на полевом транзисторе
1 Цель работы
Исследовать принцип работы усилителя на полевом транзисторе и влия-
ние параметров транзистора и элементов схемы на параметры и характеристики
усилителя.
2 Подготовка к работе
2.1 Изучить следующие вопросы курса:
– принципиальная схема усилителя на ПТ и назначение ее элементов;
– параметры усилителя и их отличия в различных схемах включения ПТ;
– влияние элементов схемы на параметры усилителя;
– влияние элементов схемы на амплитудную и частотные характеристики
усилителя.
2.2 Ответить на следующие контрольные вопросы:
– привести схемы усилителей при включении ПТ с общим истоком (ОИ),
общим затвором (ОЗ) и общим стоком (ОС, истоковый повторитель). Пояснить
назначение элементов;
– перечислить и дать пояснение основным характеристикам и параметрам
усилителя;
– как зависят параметры усилителя от параметров транзистора и нагрузки;
– объяснить вид и то, какие факторы влияют на амплитудную и частот-
ную характеристики усилителя.
3 Литература
3.1 Игнатов А.Н., Калинин С.В., Савиных В.Л. Основы электроники. –
Новосибирск, СибГУТИ, 2005. – С. 86-89.
3.2 Алексенко А.Г., Шагурин Н.Н. Микросхемотехника, – М.: Высшая
школа, 1991. – С. 378-381.
3.3 Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроника. – М.: Высшая школа, 1991.– С.
215-225, 264-282.
3.4 Войшвилло Г.В. Усилительные устройства. – М.: Радио и связь, 1983.
– С. 64-81.
3.5 Степаненко И.П. Основы микроэлектроники. – М.: Сов. Радио, 1980.
– С. 291-306, 319-326.
3.6 Конспект лекций.
4 Схемы исследования
В качестве активного элемента усилителя используется один из полевых
транзисторов с каналом n-типа (тип транзистора выбирается по указанию пре-
подавателя из приложения А). Для расчета параметров усилителя необходимо
определить параметры транзистора. Затем сравниваются расчетные и экспериментальные данные.
17
Схема для измерения параметров на переменном токе приведена на ри-
сунке 1. В цепь затвора включены два источника напряжения: постоянного на-
пряжения U
и источник переменного напряжения U
ЗИ–
. Источник постоян-
ЗИ~
ного напряжения задает рабочую точку, а источник переменного напряжения
U
используется для определения крутизны транзистора.
ЗИ~
Рис. 1. Определение параметров ПТ
Схема усилителя при включении транзистора с общим истоком пред-
ставлена на рисунке 2.
Рис. 2. Принципиальная схема усилителя на ПТ
*
R1 является сопротивлением утечки, R
чую точку, R4 – дополнительная нагрузка, используется при определении R
2 – нагрузка, R*3 – задает рабо-
ВЫХ
.
Конденсаторы С1 и С3 являются разделительными, С2 – шунтирует R3, чтобы
исключить обратную связь по переменному току, С4 – емкость нагрузки, используемая при снятии АЧХ на высоких частотах, pV – вольтметр постоянного
тока, служит для установки заданного режима по постоянному току, и он же
18
при переключении является вольтметром переменного тока, используется при
~~ЗИ
C
U
I
S =
IС0,
мА
IС~ ,
мА
S0,
мА/B
U
0
, В
2RSK
РТU
⋅≈
2R
K
S
U
РТ
=
2RR
РАСЧ
ВЫХ
≈
SРТ, мА/В
U
ЗИ РТ
, В
I
С РТ
, мА
R3
РАСЧ
, Ом
R3
СТАНД
, Ом
R
ВЫХРАСЧ
, кОм
−=
0
0
1
S
S
UU
РТ
ЗИРТЗИ
определении коэффициента передачи усилителя.
5 Задание на работу в лаборатории
5.1 Записать исходные данные: тип ПТ, коэффициент усиления К
, R2.
U
5.2 Определить параметры ПТ. Для этого собрать схему согласно рисунку
1, используя электронную лабораторию Multisim 14.0.Установить напряжение
питанияU
=7,5 В.Определить ток стока I
СИ
икрутизну транзистора, при напря-
С0
жении смещения равном нулю, для этого установить напряжение смещения
=0, частоту генератора переменного тока равной 1 кГц, а его напряжение
U
ЗИ-
U
1. Установить напряжение генератора U
ток стока I
= 0 В. Измерить постоянный ток стока I
ЗИ ~
. Крутизна определяется как
С~
, записать его значение в таблицу
С0
= 100 мВ и измерить переменный
ЗИ~
5.3 Определить напряжение отсечки U
ра переменного тока U
при U
= 0 В. Перевести миллиамперметр рА в режим изме-
ЗИ~
и UСИ – const .
ЗИ–
. Установить сигнал от генерато-
ЗИ0
рения постоянного тока и увеличивать напряжение смещения U
пока ток стока I
не снизится до величины 10±2 мкА. Результаты занести в таб-
C
лицу 1.
Табл. 1. Параметры ПТ
ЗИ
5.4 Для исследования усилителя при включении транзистора по схеме с
общим истоком предварительно рассчитать:
а) крутизну в рабочей точке S
и выходное сопротивления R
ВЫХ
, отсюда
при заданном коэффициенте усиления KU,
РТ
.
,
до тех пор,
ЗИ–
.
Результаты записать в таблицу 2.
Табл. 2. Расчетные параметры усилителя
б) напряжение смещения для получения рассчитанной крутизны
в) ток стока в рабочей точке
19
2
0
0
1
−=
ЗИ
РТЗИ
СРТС
U
U
II
~~1ВХ
ВЫХ
ИЗМU
U
U
K
=
−⋅=
14
~2
~1
ВЫХ
ВЫХ
ВЫХ
U
U
RR
U
,
В
U
,
мВ
U
мВ
K
задан
K
измерен
U
,
мВ
R
,
Ом
Ср,
мкФ
f , Гц
10
20
30
50
70
100
200
300
500
700
1000
г) сопротивление смещения, которое обеспечивает заданное напряжение
U
ЗИ РТ
в рабочей точке
R3
РАСЧ
=U
ЗИ РТ
/I
С РТ
Из таблицы приложения 2 выбрать стандартный номинал резистора со-
гласно ряда Е24.
5.5 Согласно заданному варианту собрать схему и исследовать усилитель
на полевом транзисторе (рисунок 2). Напряжение питания установить U
G2
=15
В. Конденсаторы С4 и резистор R4 не подключать.
Установить напряжение U
жение на стоке транзистора U
равным нулю, измерить постоянное напря-
ВХ~
, записать в таблицу 3. Переключить вольт-
СИ РТ
метр постоянного тока на режим измерения переменного тока.
Установить напряжение U
равным 100 мВ.
ВХ~
Измерить коэффициент передачи усилителя
,
где U
ВЫХ 1~
– напряжение на выходе усилителя без резистора R4.
5.6 Выходное сопротивление определяется по методике, приведенной в
методических указаниях к предыдущей работе. Для этого подключить R4. Измерить U
ВЫХ 2 ~
с нагрузкой (RН=R4) и рассчитать R
, результат занести в таб-
ВЫХ
лицу 3.
,
Сравнить с расчетными параметрами (п. 5.4).
Табл. 3. Измеренные параметры усилителя
СИ РТ
ВХ~
ВЫХ1~
U
U
ВЫХ2~
ВЫХ
5.7 Исследовать соотношение фаз входного и выходного сигналов. Для
этого: отключить элемент R4. Входы осциллографа ″Y″ подключить к точкам
U
ВХ~
и U
усилителя. Зарисовать осциллограммы одна под другой. Обратить
ВЫХ~
внимание на инверсию сигнала.
5.8 Снять АЧХ U
= F(f) на нижних частотах для двух значений С1
ВЫХ
равных 1 мкФ и 0,1 мкФ. Результаты измерений занести в таблицу 4.
Табл. 4. АЧХ усилителя на НЧU
=… ,U
ВХ
ВЫХ
=…
20