П. Толстой
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1.
Исследование параметров полупроводникового усилителя.
1. Исследование схемы без отрицательной обратной связи.
Была собрана схема:
Была установлена рабочая точка Iэ » Iк = 1 (мА.) и Uк = - 5 (В.). Для этого было выбрано напряжение питания Еп = - 9 (В.). При трех различных температурах, вычисленных компенсационным методом по сопротивлению терморезистора, был измерен ряд величин, который приведен в таблице 1.
Таблица 1.
Т, °С |
Iк, мА. |
Uкэ, В. |
Iб, мкА. |
Вст |
Ku1 |
Ku2 |
Uвых.m, В. |
Вд |
Rвх, Ом. |
20 |
1,0 |
-5,0 |
54 |
19 |
102 |
48 |
3 |
23 |
900 |
35 |
1,7 |
-2,2 |
50 |
34 |
139 |
57 |
2 |
25 |
700 |
50 |
2,2 |
-0,1 |
50 |
44 |
— |
— |
0 |
— |
— |
Коэффициент усиления по напряжению с связанные с ним характеристики не вычислялись для температуры 50°С, т.к. сигнал сколь угодно малой амплитуды, поданный на вход усилителя, снимался в выхода искаженным — транзистор перешел в насыщенное состояние, т.к. Uкэ стало меньше напряжения на входном переходе.
Зная, что , а , где Rг1 можно считать равным нулю, а Rг2 = 1 (кОм.), можно вычислить входное сопротивление усилителя Rвх и динамический коэффициент усиления Bд. Результаты этих вычислений приведены в двух последних столбцах таблицы 1.
Из таблицы 1 видно, что ток базы при изменении температуры практически не изменялся. Действительно, как следует из схемы усилителя, , где Uбэ0 — постоянная составляющая падения напряжения между базой и эмиттером. Это выражение справедливо, т.к. Uбэ0 много меньше Ек (примерно в 50 раз).
Т.к. в этой схеме нет стабилизации тока покоя выходной цепи, то при повышении температуры сильно изменяется ток коллектора Ik. Это можно объяснить тем, что статические характеристики Ik = f(Uб) смещаются в сторону меньших напряжений при повышении температуры. Такое смещение описывается уравнением Эберса-Молла:
,
где UT = kT / e (e — заряд электрона, k — постоянная Больцмана, T — абсолютная температура), а Iнас — зависящий от температуры обратный ток эмиттерного перехода.
2. Исследование схемы с отрицательной обратной связью.
Была собрана схема:
Рабочая точка была установлена такая же, как и в предыдущем случае, для чего было выбрано напряжение питания Ек = - 11 (В.). Измерения тоже были проведены аналогичные. Полученные данные и результаты вычислений сведены в таблицу 2.
Таблица 2.
Т, °С |
Iк, мА. |
Uкэ, В. |
Iб, мкА. |
Вст |
Ku1 |
Ku2 |
Uвых.m, В. |
Вд |
Rвх, Ом. |
20 |
1,0 |
-7,2 |
54 |
18 |
103 |
43 |
2,4 |
19 |
700 |
35 |
1,1 |
-6,8 |
30 |
35 |
91 |
30 |
— |
11 |
500 |
45 |
1,2 |
-6,3 |
~0 |
— |
95 |
31 |
— |
12 |
500 |
В этом случае даже при 50° транзистор был ненасыщен и сигнал, поданный на вход, выходил неискаженным.
При увеличении температуры ток коллектора должен увеличиваться согласно закону Эберса-Молла (см. выше). Для поддержания этого тока постоянным надо уменьшить ток базы. Это уменьшение реализует обратная связь по току, снимаемому с Rэ. При увеличении тока коллектора повышается напряжение на сопротивлении Rэ, т.е. разность напряжений, снимаемых с сопротивлений R2 и Rэ уменьшается, т.е. уменьшается ток базы. Это компенсирует возрастание тока коллектора.
Кроме того, тепловой обратный ток коллекторного перехода Ik(0) увеличивается при росте температуры, а его направление противоположно направлению базового тока, что тоже уменьшает ток базы.