Задачи для самостоятельного решения

Аналитический расчет режима работы транзистора.

Задача. При включении транзистора по схеме с общим эмиттером (рис. 4.5) Е_к= 10 В,R_н= 2 кОм,R_э= 1 кОм,= 19. Определить входное сопротивление.

Рис. 4.5. Схема включения транзистора с общим эмиттером (ОЭ)

Решение. Входное сопротивлениеR_вх=U_б/I_б. Пренебрегая падением напряжения на переходе база-эмиттер транзистора, можно записатьU_бIэRэ, аI_э=I_б(+ 1). Следовательно,. Это приближенное выражение не учитывает влияния сопротивления переходов транзистора и сопротивления нагрузки, но может применяться при инженерных расчетах. Следовательно:

кОм.

Задача 4.1. Транзистор включен по схеме с общей базой.

R_э= 500 Ом, Е_э= 1 В,R_н= 5 кОм, Е_к= 15 В,I_к0= 0,= 0,99. Определить ток коллектораI_к, напряжение коллектор-базаU_кби напряжение коллектор-эмиттерU_кэ.

Задача 4.2. Транзистор включен по схеме с общим коллектором.

R_б1= 60 кОм,R_б2= 30 кОм,R_э= 500 Ом, Е_к= 30 В,= 19. Определить напряжениеU_э.

Задача 4.3. В схеме с общим эмиттером используется транзистор с коэффициентом передачи тока базы  = 20.

R_б= 120 кОм,R_н= 2 кОм, Е_к= 12 В. Определить напряжение коллектор-эмиттер.

Задача 4.4. Нарисуйте схему однокаскадного усилителя с включением транзистора по схеме с общим эмиттером, работающего в классе усиления А. Каким напряжением на коллекторе транзистора в рабочей точке характеризуется режим класса А? Какова форма выходного сигнала такого усилителя?

Задача 4.5. Нарисуйте схему однокаскадного усилителя с включением транзистора по схеме с общим эмиттером, работающего в классе усиления В. Каким напряжением на коллекторе транзистора в рабочей точке характеризуется режим класса В? Какова форма выходного сигнала такого усилителя?

Задача 4.6. Нарисуйте схему двухтактного трансформаторного усилителя с включением транзисторов по схеме с общим эмиттером, работающего в классе усиления В. Каким напряжением на коллекторе транзистора в рабочей точке характеризуется режим класса В? Какова форма выходного сигнала такого усилителя?

Лабораторная работа n5

Исследование частотных свойств однокаскадных транзисторных усилителей

Цель работы: экспериментальное получение и сравнение амплитудно-частотных характеристик транзисторных усилителей по схеме ОЭ, ОК и ОБ.

Теоретические сведения

С ростом частоты входного сигнала изменяются основные свойства и параметры транзистора: растет сдвиг фаз между входными и выходными токами, снижаются величины коэффициентов передачи тока эмиттера и базы - усилительные свойства транзистора ухудшаются. Это обусловлено двумя основными факторами:

- влиянием емкостей эмиттерного и коллекторного переходов транзистора;

- инерционностью перемещения носителей зарядов через область базы.

В области низких частот коэффициент усиление также может уменьшаться, что вызвано возрастанием сопротивления переходных конденсаторов во входной цепи усилителей. Входная цепь усилителя представляет собой делитель напряжения, состоящий из реактивного сопротивления переходного конденсатора и входного сопротивления транзистора (рис. 5.1).

Рис. 5.1. Схема замещения входной цепи усилителя

Напряжение, поступающее на базу (в схеме ОЭ или ОК) или эмиттер (в схеме ОБ) транзистора определяется параметрами делителя напряжения:

,

и уменьшается с уменьшением частоты.

Особенно сильно это сказывается в усилителе ОБ, так как его собственное входное сопротивление достаточно мало.

График зависимости коэффициента усиления от частоты называется амплитудно-частотной характеристикой (АЧХ). Поскольку частота изменяется в широких пределах, то масштаб по оси абсцисс выбирается логарифмическим. В зависимости от схемы включения транзистора коэффициент усиления может быть от долей единицы до ста и более раз. Поэтому по оси ординат масштаб выбирается по нормированной величине коэффициента усиления, которая определяется как отношение коэффициента усиления на данной частоте к максимальному его значению во всем диапазоне частот. Примерный вид графиков амплитудно-частотных характеристик представлен на рис. 5.2.

Рис. 5.2. Примерный вид АЧХ транзисторных усилителей

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с принципиальными схемами однокаскадных усилителей, представленными на рис. 4.2 (ОЭ), рис. 4.3 (ОК) и рис. 4.4 (ОБ) в предыдущей лабораторной работе.

2. Отключить встроенный ГЗЧ от усилителей, переключив П1 в нижнее положение.

3. Исследовать усилитель ОЭ.

3.1. Установить сопротивление в коллекторе транзистора Rк = 2,2 кОм, переключив П4 в нижнее положение. Задать рабочую точку усилителя, установив на коллекторе транзистора напряжение 5 В, регулируя напряжение смещения в базовой цепи с помощью -Е1. Напряжение на коллекторе контролируется по вольтметру V2 (шкала прибора 10 В).

3.2. Установить Rвх = 0, переключив П5 в верхнее положение. Подключить к входу усилителя встроенный ГЗЧ, переключив П1, П2 и П3 в верхнее положение.

3.3. Подключить осциллограф к выходу усилителя (контрольному гнезду К5) и, регулируя выходное напряжение и частоту ГЗЧ, установить на выходе усилителя амплитуду синусоидального сигнала U2 = 1 В с частотой 1000 Гц.

3.4. Снять амплитудно-частотную характеристику усилителя, изменяя частоту входного сигнала от 250 Гц до 200 кГц. Для этого измерять с помощью осциллографа напряжения на входе U1 (контрольное гнездо К3) и выходе U2 (контрольное гнездо К5) усилителя. Результаты измерений занести в таблицу 5.1.

Таблица 5.1

Rвх=0
Частота	U1	U2	KU	KUнорм
250 Гц
500 Гц
1000 Гц
2 кГц
5 кГц
10 кГц
20 кГц
50 кГц
100 кГц
200 кГц
Rвх=10 кОм
Частота	U1	U2	KU	KUнорм
250 Гц
500 Гц
1000 Гц
2 кГц
5 кГц
10 кГц
20 кГц
50 кГц
100 кГц
200 кГц

Рассчитать коэффициент усиления по напряжению на каждой частоте К_U=U2/U1. Для удобства сравнения рассчитать нормированное значение коэффициента усиления К_Uнорм = К_U/К_Uмах для каждой частоты (на частоте, при которой К_U максимально, К_Uнорм = 1, на остальных <1).

3.5. Установить Rвх = 10 кОм, переключив П5 в нижнее положение. Увеличить сигнал от ГЗЧ так, чтобы амплитуда выходного сигнала U2 стала равна 1 В на частоте 1000 Гц. Снять амплитудно-частотную характеристику усилителя при Rвх=10 кОм. Результаты измерений занести в таблицу 5.1. Рассчитать К_U и К_Uнорм.

4. Исследовать усилитель ОК.

4.1. Установить сопротивление в эмиттере транзистора Rэ = 2,26 кОм, переключив П6 в верхнее положение. Задать рабочую точку усилителя, установив на эмиттере транзистора напряжение 3...4 В, изменяя напряжение смещения с помощью -Е1 и контролируя напряжение на эмиттере по вольтметру V4 (шкала вольтметра 10 В).

4.2. Установить Rвх = 0, переключив П4 в нижнее положение. Подключить ГЗЧ к входу усилителя, переключив П1 и П2 в верхнее, а П3 в нижнее положение.

4.3. Подключить осциллограф к выходу усилителя (контрольному гнезду К8) и, регулируя выходное напряжение ГЗЧ, установить на выходе усилителя амплитуду синусоидального сигнала U2 = 1 В.

4.4. Снять амплитудно-частотную характеристику усилителя, изменяя частоту входного сигнала от 250 Гц до 200 кГц и измеряя с помощью осциллографа напряжения на входе U1 (контрольное гнездо К6) и выходе U2 (контрольное гнездо К8) усилителя. Результатыизмерений занести в таблицу 5.2, аналогичную таблице 5.1. Рассчитать коэффициент усиления по напряжению на каждой частоте К_U = U2/U1. Поскольку в схеме ОК К_U <1, нормированное значение не рассчитывается.

4.5. Установить Rвх = 10 кОм, переключив П4 в верхнее положение. Увеличить сигнал от ГЗЧ, чтобы амплитуда выходного сигнала стала равна 1 В на частоте 1000 Гц. Снять амплитудно-частотную характеристику усилителя при Rвх=10 кОм. Результаты измерений занести в таблицу 5.2. Рассчитать К_U для каждой частоты.

5. Исследование усилителя ОБ.

5.1. Установить сопротивление в коллекторе транзистора Rк = 10 кОм, переключив П6 в нижнее положение. Задать рабочую точку усилителя, установив на коллекторе транзистора напряжение 9...10 В, изменяя напряжение смещения с помощью +Е2 и контролируя напряжение на коллекторе по вольтметру V3 (шкала вольтметра 20 В).

5.2. Установить Rвх = 0, переключив П5 в нижнее положение. Подключить ГЗЧ к входу усилителя, установив П1 в верхнее, а П2 в нижнее положение.

5.3. Подключить осциллограф к выходу усилителя (контрольному гнезду К12) и, регулируя выходное напряжение ГЗЧ, установить на выходе усилителя амплитуду синусоидального сигнала U2 = 0,5 В на частоте 1000 Гц.

5.4. Снять амплитудно-частотную характеристику усилителя, изменяя частоту входного сигнала от 250 Гц до 200 кГц. Напряжение измерять с помощью осциллографа на входе U1 (контрольное гнездо К9) и выходе U2 (контрольное гнездо К12) усилителя. Результаты измерений занести в таблицу 5.3, аналогичную таблице 5.1. Рассчитать коэффициенты усиления по напряжению К_U = U2/U1 на каждой частоте и К_Uнорм = К_U/К_Uмах.

5.5. Установить Rвх = 10 кОм, переключив П5 в верхнее положение. Увеличить сигнал от ГЗЧ так, чтобы амплитуда выходного сигнала равна 0,5 В на частоте 1000 Гц. Снять амплитудно-частотную характеристику усилителя при Rвх=10 кОм. Результаты измерений занести в таблицу 5.3. Рассчитать К_U и К_Uнорм для каждой частоты.

6. Построить графики амплитудно-частотных характеристик усилителей, используя логарифмический масштаб по оси х для частоты, и значение К_U для схемы ОК и К_Uнорм для схем ОЭ и ОБ. Графики построить для значений Rвх = 0 и Rвх = 10 кОм отдельно.

Содержание отчета:

- таблицы результатов измерений;

- графики амплитудно-частотных характеристик усилителей ОЭ, ОК и ОБ.

Контрольные вопросы

1. Чем объясняется зависимость коэффициента усиления по напряжению от частоты?

2. Как определяется граничная частота передачи тока для транзистора, включённого по схеме ОБ? Включённого по схеме ОЭ? На сколько уменьшаются коэффициенты передачи тока эмиттера  и тока базы  на граничных частотах?

3. Чем объясняется различие амплитудно-частотных характеристик для разных схем усилителей?

4. Как влияет подключение Rвх = 10 кОм на вид амплитудно-частотных характеристик и значение коэффициента усиления по напряжению?