Аналоговая электроника

дующим образом. Для статического режима (при отсутствии сигнала на входе усилителя) на сток – затворной характеристике (рис. 7а) выбирается рабочая точка (например, точка А), в данном случае в области малых то-

ков. Она может быть выбрана и в области больших токов, при этом усили-

тель будет менее экономичным, но имеет наибольший коэффициент уси-

ления и наилучшие частотные свойства.

Рис. 8. Усилитель на полевом транзисторе с управляемым p–n – переходом по схеме с общим истоком

Зная координаты рабочей точки А (U هЗИ, I هС), определим

Напряжение UЗИ должно быть отрицательным и формируется автосмеще-

нием, как разность между напряжениями на затворе UЗ и истоке UИ

Если на затворе транзистора сформировать нулевой потенциал (напряже-

ние), соединив его с общим проводом через сопротивление RЗ (см. рис. 8),

то на сопротивлении RИ автоматически сформируется положительное на-

62

пряжение UИ за счет протекания через него тока через открытый канал транзистора. Таким образом, согласно (8), будем иметь UЗИ = – UИ.

Сопротивление RЗ определяет входное сопротивление усилителя, по-

этому выбирается как можно большим, но в соответствии с неравенством

RЗ << rвх, где rвх – входное сопротивление транзистора (сопротивление за-

пертого p–n – перехода). Оно достигает значений сотен мегаом, поэтому значения RЗ обычно выбирают до единиц мегаом.

Если рабочую точку А спроецировать на семейство выходных харак-

теристик (рис. 7б) до пересечения с соответствующей характеристикой,

снятой при UЗИ = U هЗИ, то можно определить напряжение U هСИ (для статического режима). Оно является второй координатой для рабочей точки А на выходных характеристиках и позволяет определить значение сопротивления RС по формуле:

RС = (UП – UهСИ – UИ) / IهС, (9)

где UП – напряжение питания усилителя. В приведенной схеме усилителя конденсатор С3 служит для нейтрализации отрицательной обратной связи по переменной составляющей сигнала. Конденсаторы С1 и С2 служат для развязки предыдущего и последующего каскадов по постоянному току, со-

ответственно.

На выходных характеристиках можно построить нагрузочную пря-

мую. В соответствии с графическим (графо - аналитическим) методом ана-

лиза нелинейных цепей, она должна проходить через точки с координата-

ми (UСИ = UП, IС=0) и (UСИ = 0, IС= UП / RС). Ее наклон определяется зна-

чением сопротивления RС. Рабочая точка А также находится на нагрузоч-

ной прямой. В динамическом режиме рабочая точка перемещается вдоль нагрузочной прямой, что позволяет, в частности, определить диапазон из-

менения усиленного выходного сигнала, спроецировав крайние положения рабочей точки на ось UСИ.

63

Одной из основных характеристик полевого транзистора является крутизна сток - затворной характеристики S, которая определяется в окре-

Поскольку сток - затворная характеристика нелинейная, ее крутизна в раз-

ных точках разная. Среднее значение крутизны для данного транзистора приводится в его паспортных данных.

Зная значение крутизны в окрестности рабочей точки усилителя,

можно легко определить его коэффициент усиления по напряжению, со-

Полевые транзисторы находят широкое применение в составе мало-

шумящих усилителей с высоким входным сопротивлением, в качестве ана-

логовых ключей, дифференциальных предусилителей в составе операци-

онных усилителей и т.д.

3.2. Лабораторная работа № 6

Определение характеристик биполярного транзистора

Цель работы: Экспериментальное измерение и изучение входных и выходных характеристик биполярного транзистора n-p-n –типа.

Выполнение лабораторной работы

Подготовка к работе.

3.Изучить соответствующую теоретическую часть данного раздела.

4.Рассчитать h – параметры транзистора, используя формулы (3) – (6),

и числовые значения напряжений и токов на рис. 4. Рабочую точку выбрать аналогично рис. 5 (в средней части характеристик).

64

Контрольные вопросы и задания

1.Изобразить статические входные и выходные характеристики транзистора.

2.Чем определяется наличие тока IК0?

3.Записать систему h – параметров для транзистора как четырехпо-

люсника.

3.Привести основные дифференциальные параметры транзистора на основе h – параметров.

4.Как, используя входные и выходные ВАХ транзистора, определить его h – параметры?

5.Как построить нагрузочную прямую транзистора, чем определяет-

ся ее наклон, что по ней можно определить?

6.Привести эквивалентную схему транзистора с h – параметрами.

3.3.Лабораторная работа № 7

67

Усилитель на биполярном транзисторе

Цель работы: Изучение принципа работы биполярного транзистора n-p-n –типа в составе усилителя по схеме с общим эмиттером, измерение его основных характеристик.

Выполнение лабораторной работы

Подготовка к работе.

1.Изучить соответствующую теоретическую часть данного раздела.

2.Для схемы усилительного каскада на биполярном транзисторе n-p-n

–типа, изображенной на рис. 10, определить, по какой схеме включен транзистор, почему?

3.Для этой же схемы определить входное и выходное сопротивления,

используя методику определения h – параметров. Рабочую точку выбрать аналогично рис. 5 (в средней части характеристик).

Рис. 10. Усилитель на биполярном транзисторе n-p-n –типа по схеме с общим эмиттером

68

4.Определить приблизительное значение коэффициента усиления по напряжению данного усилителя как отношение сопротивлений в коллекторной и эмиттерной цепях (это справедливо только при от-

сутствии шунтирующего конденсатора Сэ в эмиттерной цепи транзи-

стора).

Практическое выполнение работы.

1.Собрать схему усилителя, приведенную на рис. 10, используя бипо-

лярный транзистор n-p-n –типа (КТ503Г). Установить частоту сину-

соидального напряжения f = 1 кГц и действующее напряжение 2 В.

Резисторы 1 кОм и 100 Ом образуют делитель напряжения в 10 раз

(по соотношению их сопротивлений) для обеспечения более точной регулировки сигнала на входе. Непосредственно на входе усилителя

Uвх = 0,2 В. Конденсатор Сэ в эмиттерной цепи транзистора отсутст-

вует.

2.Зарисовать осциллограммы напряжений на входе и выходе усилителя с указанием масштаба по осям, в соответствии с положением рисок

регуляторов коэффициента передачи напряжения и частоты разверт-

ки. Внимание! При пользовании осциллографом, его общий провод соединять с общим проводом схемы.

3.Определить значения входного и выходного напряжений, угол фазо-

вого сдвига φ этих напряжений (по осциллографу), вычислить коэф-

фициент усиления по напряжению КU, используя соотношение:

КU = Uвых / Uвх.

4.Таким же способом вычислить коэффициент усиления по напряже-

нию КU, подключив конденсатор Сэ = 10 мкФ (с соблюдением его по-

лярности!). При этом в усилителе нейтрализуется отрицательная об-

ратная связь по переменной составляющей сигнала. Как при этом из-

меняется коэффициент усиления КU?

69

5.Определить входное сопротивление усилителя Rвх. Для этого вклю-

чить перед конденсатором С1 = 1 мкФ добавочный резистор Rдоб = 1

кОм, что вызовет уменьшение выходного напряжения Uвых усилителя от U1 до U2. Тогда входное сопротивление усилителя можно вычис-

лить следующим образом:

Rвх.= Rдоб / (U1 / U2 – 1).

6.Определить выходное сопротивление усилителя Rвых. Для этого включить нагрузочный резистор Rн = 1 кОм параллельно выходу уси-

лителя (на схеме параллельно V0). Это также вызовет уменьшение выходного напряжение от U1 до U2 (для данного случая). Выходное сопротивление усилителя можно вычислить, используя соотношение:

Rвых.= Rн·(U1 / U2 – 1).

7.Полученные экспериментальные результаты сравнить с расчетными и отразить в выводах.

Контрольные вопросы и задания

1. Пояснить принцип работы и практическое применение биполярно-

го транзистора.

2.В каких режимах может работать транзистор?

3.Привести возможные схемы включения транзистора. Пояснить достоинства, недостатки и области применения каждой схемы включения.

4.Пояснить принцип выбора рабочей точки транзистора.

5.Перечислите основные характеристики усилительных каскадов.

6.В чем заключается эффект модуляции толщины базы (эффект Эр-

ли)?

70