ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7

Усилитель напряжения на биполярном транзисторе

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Изучение работы схемы усилителя с общим эмиттером.

ОБОРУДОВАНИЕ

Персональный компьютер IBM PC на базе процессоров Intel Pentium (и выше). Программа моделирования, основанная на использовании SPICE моделей.

ВВЕДЕНИЕ

Рассмотрим источник тока, нагрузкой для которого служит резистор (рис.1). Напряжение на коллекторе равно:

Рис.1

Если через ёмкость подать сигнал в цепь базы, тогда напряжение на коллекторе будет меняться. Рассмотрим схему, представленную на рис.2.

Рис.2.

Конденсатор С выбран так, что фильтр высоких частот, образованный этим конденсатором и последовательно соединенным с ним входным сопротивлением, пропускает все нужные частоты. Конденсатор служит для блокирования постоянной составляющей сигнала. Иначе говоря,

.

Коллекторный ток создает на коллекторе какое-то напряжение. Допустим теперь, что на базу подано напряжение u_Б. Напряжение на эмиттере повторяет изменение напряжения на базе u_Э – u_Б и вызывает изменение эмитторного тока:

Приблизительно такое же изменение и коллекторного тока (транзистор имеет большой коэффициент h_21Э). Итак, первоначальное изменение напряжения на базе вызывает изменение коллекторного напряжения:

Получаем усилитель напряжения, коэффициент усиления которого определяется следующим образом:

Знак минус говорит о том, что сигнал на выходе меняется в противофазе по отношению к входному.

Для того чтобы рассчитать номиналы резисторов необходимо знать напряжение питания, ток покоя каскада и коэффициент усиления. Сначала рассчитывается значение R_к. Для достижения оптимального динамического диапазона напряжение на нем должно примерно быть равным половине напряжения питания. Поскольку ток покоя это ток коллектора, можно легко рассчитать сопротивление этого резистора, пользуясь законом Ома. Эмиттерный резистор рассчитывается в предположении падения напряжения на нем 1 В, что обеспечивает в большинстве случаев оптимальный динамический диапазон и высокую термостабильность усилителя. Потенциал на базе составляет в этом случае 1,6 В, что позволяет легко рассчитать базовые резисторы, задавая ток через них в 10 раз больше базового. В результате такого расчета, полученное значение коэффициента усиления может несколько отличаться от заданного. Для его корректировки следует использовать последовательно включенный резистор и конденсатор, подключаемые параллельно эмиттерному резистору (для увеличения усиления в рабочем диапазоне частот) или коллекторному резистору (для уменьшения усиления в рабочем диапазоне частот).

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

Необходимо собрать схему усилителя с общим эмиттером на основе транзистора с n-p-n-типа (рис. 2). Значение напряжения питания, тока покоя и коэффициента усиления уточнить у преподавателя.

При малых токах (токах коллектора до 200мА) можно использовать транзисторы npn типа: BC547, BC550, MJE350 и pnp типа: BC557, BC560B, MJE340.

При больших токах (порядка несколько ампер) используют транзисторы npn типа: 2N3055, 2N4063 и pnp типа: MJE4919, MJE4923, 2N4919, 2N5980, 2N6021, 2N6026.

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ

1. Вывести на экран график входного и выходного напряжения с зависимости от времени.

2. Вывести на экран график зависимости коэффициента усиления (k = Uвых/Uвх) от частоты (АЧХ).

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Рассчитать величину входного и выходного сопротивления.

2. Объяснить, как реализована отрицательная обратная связь.

3. Рассчитать коэффициент усиления устройства, пользуясь моделью Эберса – Молла.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. // Т.1-2, М.:Мир,1983.

2. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. // Т.1-3, М.:Мир,1993.

3. Жеребцов И.П. Основы электроники. // Л.:Энергоатомиздат,1989.

4. Ленк Дж. Электронные схемы. Практическое руководство. // М.:Мир,1985.

5. Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника. // М.:Мир,1982.

6. Кауфман М., Сидман А. Практическое руководство по расчетам схем в электронике. // Т.1-2, М:Энергоатомиздат,1991.

7. Кучумов А.И. Электроника и схемотехника. // М.: Гелиос АРВ, 2002.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Список элементов:

Описание	Название элемента	Название библиотеки
Сопротивление	R	Analog.slb
Транзисторы	NPN	PWRBJT.slb EBIPOLAR.slb
Источник питания	VSRC	Sourse.slb
Источник синусоидального сигнала	Vsin	Sourse.slb
“земля”	AGND	Port.slb
Соединители	Bubble	Port.slb

4