5 семестр / Лабораторные работы / Задание / ЛР 06 / ЛР 06 Усилительный каскад на ПТ
.pdf
МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)
КАФЕДРА ЭЛЕКТРОФИЗИКИ
Лабораторная работа № 06
УСИЛИТЕЛЬНЫЙ КАСКАД НА ПОЛЕВОМ ТРАНЗИСТОРЕ
Москва |
2009 |
1. Цель работы
−изучение работы усилительного каскада с общим истоком (ОИ),
−расчет по постоянному току усилительного каскада,
−экспериментальное определение параметров каскада,
−изучение его основных характеристик.
2. Описание лабораторной установки
Лабораторный макет включает усилительный каскад с общим истоком ОИ (рис. 2).
Рис. 2. Схема усилительного каскада c общим истоком
R1=1 MОм, R2=180 кОм, Rc=1 кОм, Rи=510 Ом, Rг=150 кОм,
Rн=2 кОм, Cр1=15 нФ, Cр2=2.2мкФ, Cэ=33мкФ, Cн=10 нФ,
VT – 2SK241
Входной сигнал от генератора G (GFG-3015) подается через разделительный конденсатор Cр1 на затвор транзистора. Резистор Rг имитирует внутреннее сопротивление генератора (его можно отключить с помощью ключа S1). Режим транзистора обеспечивается делителем R1– R2 цепи затвора и резисторами Rс и Rи в стоковой цепи. Конденсатор Cи – блокирующий. Он включен для увеличения коэффициента усиления. Внешняя нагрузка (Rн) подключается с помощью ключа S2. Конденсатор Cн имитирует емкость нагрузки.
3. Подготовка к работе
1. Для схемы усилительного каскада ОИ (рис. 2) рассчитать:
−ток в цепи стока Iс;
−напряжение между стоком и истоком Uси;
−напряжение между затвором и истоком Uзи;
−крутизну транзистора в рабочей точке S.
При расчете считать, что в схеме используется МДП-транзистор со встроенным n-каналом с параметрами:
−удельная крутизна β=3,5 мА/В2,
−пороговое напряжение Uo= – 1,5 В.
2.Для усилительного каскада ОИ (рис. 2) нарисовать малосигнальную схему замещения и рассчитать:
−коэффициент усиления Кu ,
−входное сопротивление Rвх ,
−выходное сопротивление Rвых.
4. Рабочее задание
1.Подав на вход усилителя синусоидальный сигнал (f = 5 кГц, Um =0,5B), исследовать работу каскада ОИ с помощью осциллографа. По осциллограммам определить амплитуды входного и выходного сигналов.
По этим данным рассчитать коэффициент усиления Кuхх каскада.
2. Снять и построить амплитудную характеристику |
(сопротивление |
нагрузки Rн = ∞). |
|
3.Определить входное сопротивление каскада.
4.Определить выходное сопротивление каскада.
5.Снять и построить амплитудно-частотную характеристику усилительного каскада при включенной нагрузке.
Экспериментальные результаты и расчеты занести в таблицу.
Параметр |
Кuхх |
Rвх, кОм |
Rвых, кОм |
Расчет |
|
|
|
Эксперимент |
|
|
|
5. Методические указания для подготовки
1.Рабочий режим полевого транзистора в усилительном каскаде ОИ (рис. 2) можно определить из следующей системы уравнений:
|
|
Uпит = Ic (Rc + Rи )+Uси; |
|
||||||||
|
|
U |
|
|
R2 |
= I |
R |
+U |
|
; |
|
|
|
пит R |
+ R |
зи |
|||||||
|
|
|
|
c и |
|
|
|||||
|
|
|
1 |
2 |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
Ic =β(Uзи −Uo )2 . |
|
|
||||||
|
Последнее уравнение [4] соответствует работе полевого транзистора в |
||||||||||
|
пологой области выходных характеристик (Uси >Uзи −Uo ) . |
||||||||||
|
Здесь β |
– удельная крутизна, |
|
Uo |
– |
пороговое напряжение, |
|||||
|
Uпит = 15В – напряжение питания. |
|
|
|
|
|
|||||
|
Рекомендуется решать эту систему численно. В результате решения |
||||||||||
|
получаются два ответа, один из которых не имеет физического смысла. |
||||||||||
|
После решения системы следует проверить предположение о работе |
||||||||||
|
транзистора в пологой области характеристик. |
|
|
||||||||
2. |
Крутизну транзистора в рабочей точке можно определить так: |
||||||||||
|
|
|
|
S = |
|
2Ic |
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|Uзи −Uo | |
|
|
|||||
3. |
К основным параметрам усилительных каскадов относятся: |
||||||||||
|
Ku = ( |
Uвых/ Uвх) – коэффициент усиления напряжения; |
|||||||||
|
Rвх = ( |
Uвх/ Iвх) – входное сопротивление каскада; |
|||||||||
|
Rвых =( |
Uвых/ Iвых) – выходное сопротивление каскада. |
|||||||||
|
Для усилительного каскада ОИ (рис. 2) эти параметры можно рассчитать |
||||||||||
|
через параметры малосигнальной схемы замещения транзистора S и rси: |
||||||||||
Ku = −S(Rc || rси ) Rн +RнRвых ,
Rвх = R1 || R2 ,
Rвых = Rc .
6.Контрольные вопросы и задачи
1.Для усилительных каскадов на полевом транзисторе (рис. 3, 4, 5):
−нарисовать схему для расчета рабочего режима,
−рассчитать ток стока Ic, напряжение затвор-исток Uзи, напряжение сток-исток Uси и крутизну транзистора S.
2.Для усилительного каскада на полевом транзисторе (рис. 5):
−нарисовать (по 5…6 точкам) стоко-затворную характеристику полевого транзистора,
−графически определить ток стока Ic и напряжение затвор-исток Uзи,
−рассчитать напряжение сток-исток Uси и крутизну S.
Еп=15В, |
RС=1кОм, |
R1=100кОм, |
Еп=15В, |
Rс=2кОм, |
VО=2В, |
RИ=300Ом, |
R2=300кОм, |
VО= -4В, |
RИ=510Ом, |
β=0,5мА/В2 |
|
|
|
|
. |
Рис. 3 |
|
|
Рис. 4 |
|
|
|
Еп=15В, RИ1=l00Ом, RС=5кОм, RИ2=100Ом,
VО= -2В, R1=300кОм, β=500мкА/В2.
R1=200кОм, β=0,5мА/В2.
CР1=10нФ, CР2=1мкФ, CИ=100мкФ,
Рис. 5
7.Литература
1.Кобяк А.Т., Новикова Н.Р., Паротькин В.И., Титов А.А.
Применение системы Design Lab 8.0 в курсах ТОЭ и электроники:
Метод. пособие. −М.: Издательство МЭИ, 2001. −128с. (УДК 621.3
П−764)
2.Электротехника и электроника. Учебник для вузов.- В 3-х кн. Кн. 3.
Электрические измерения и основы электроники/ Г.П.Гаев, В.Г.Герасимов, О.М.Князьков и др.; Под ред. проф. В.Г.Герасимова. – М.: Энергоатомиздат, 1998. (УДК 621.3; Э45).
3.Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая электроника (Полный курс): Учебник для вузов /Под ред. О.П.Глудкина. – М.: Горячая линия – Телеком, 2000. –768с.: ил. (О-60
УДК 621.396.6)
4.Степаненко И.П. Основы микроэлектроники: Учебное пособие для ВУЗов. / 2-ое изд. -М.: Лаборатория Базовых Знаний. 2001. -488с.