203-elektrotehnika-i-elektronika-elektronika-26mb
.pdf
5.4. Порядок выполнения работы
Построение статических вольт-амперных характеристик полевого транзистора, определение статических параметров
Задание 1
1. Собрать в окне программы Workbench схему, изображенную на рис. 5.3.
Рис. 5.3. Принципиальная схема для измерения сток-затворной характеристики полевого транзистора
2. Выбрать транзистор 2N5484 из библиотеки элементов. Щелк- нув по иконке источника, введите значения (Value) – Time: Voltage:
0 |
–1.5 |
0.5 |
0 |
3.Нрисовать с осциллографа графики изменения напряжения на затворе транзистора и падение напряжения на резисторе, соответст- вующее изменению тока стока. Опыт провести при напряжении на стоке 10 и 20 В.
4.Построить сток-затворные характеристики на общем графике.
5.Определить крутизну в точке, соответствующей напряжению на затворе –0,5 В.
Задание 2
Собрать в окне программы Workbench схему, изображенную на рис. 5.4.
41
Рис. 5.4. Принципиальная схема для измерения сток-истоковой характеристики полевого транзистора
2. Щелкнув по иконке источника, введите значения (Value) –
Time: Voltage: 0 0
0.212
3.Нарисовать с осциллографа графики изменения напряжения на стоке транзистора и падение напряжения на резисторе, соответст- вующее изменению тока стока. Опыт проведите при напряжениях на затворе от –1,5 В до 0 В через 0,5 В.
4.Заполнить табл. 5.1.
5.Построить сток-истоковые характеристики на общем графике.
6.Определить значение внутреннего сопротивления транзистора.
|
|
|
|
|
Таблица 5.1 |
|
|
|
|
|
|
|
UСИ, В |
|
Ток стока, мА, при UЗИ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
–1,5 В |
–1 В |
–0,5 В |
0 В |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
0,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
42 |
|
|
|
|
|
5.5.Содержание отчета
1.Наименование и цель работы.
2.Необходимые теоретические сведения.
3.Изображения электрических схем испытаний.
4.Таблица результатов измерений и расчетные значения парамет- ров транзисторов.
5.Расчетные формулы.
6.Графики: сток-затворные характеристики полевого транзисто- ра, сток-истоковые характеристики полевого транзистора.
7.Выводы по работе.
Контрольные вопросы
1.Каково соотношение входных сопротивлений биполярного и по- левого транзисторов?
2.Что такое сток-затворная характеристика полевого транзистора?
3.Что такое сток-истоковая характеристика полевого транзистора?
4.Что характеризует крутизна полевого транзистора?
43
Лабораторная работа 6
УСИЛИТЕЛИ НА БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ
6.1. Цель работы
Исследование характеристик усилителей на биполярных транзи- сторах, приобретение навыков экспериментального исследования характеристик электронных устройств.
6.2. Теоретическое введение
Характеристики транзистора показывают, что небольшие изменения тока базы вызывают в β раз бóльшие изменения тока коллектора. Если изменения тока коллектора преобразовать в изменение напряжения, то получим устройство, которое сможет усиливать напряжение – усили-
тель напряжения.
Для преобразования тока в напряжение может быть использован резистор. На рис. 6.1 показана простейшая схема усилителя на бипо- лярном транзисторе.
Рис. 6.1. Схема усилителя на биполярном транзисторе
Обратившись к входным характеристикам транзистора, отметим, что при изменении входного напряжения от 0 до 0,5…0,6 В ток базы практически равен 0. Поэтому в данном диапазоне изменения вход- ных напряжений напряжение на выходе изменяться не будет.
Ясно, что если схема предназначена для усиления малых сигна- лов без искажения, переход база-эмиттер должен быть смещен в прямом направлении даже в отсутствие сигнала. Обычно напряжение
44
переменного сигнала принимает как положительное, так и отрица- тельное значение, так что выходное напряжение на коллекторе должно иметь возможность двигаться вверх к напряжению источни- ка питания (при отрицательном входном напряжении) и вниз к по- тенциалу земляной шины (при положительном входном напряже- нии). Из этого следует, что при равном нулю входном сигнале (это состояние обычно называется режимом покоя) в транзисторе должен протекать такой ток коллектора Iк0, чтобы напряжение на коллекторе Uк0 находилось посередине между землей и напряжением источника питания.
Для установления напряжения (и тока) покоя для перехода база- эмиттер можно использовать делитель напряжения на резисторах
(рис. 6.2).
Рис. 6.2. Усилитель с фиксированным значением напряжения смещения
Напряжение смещения на базе транзистора создается делителем напряжения R1, R2. Величина напряжения смещения выбирается ис- ходя из следующих соображений: напряжение на коллекторе в ре- жиме покоя в случае, когда выходное напряжение должно иметь максимальную амплитуду, следует установить равным половине напряжения питания.
Для того чтобы форма выходного напряжения имела малые не- линейные искажения, напряжение на базе должно соответствовать положению рабочей точки в середине линейного участка входной характеристики.
Недостатком рассмотренной схемы усиления является зависи- мость ее параметров от температуры.
На рис. 6.3 представлена схема усилительного каскада с темпера- турной стабилизацией рабочей точки.
45
Рис. 6.3. Схема усилительного каскада
стемпературной стабилизацией рабочей точки
Всхеме усилительного каскада с температурной стабилизацией
функцию цепи смещения выполняет делитель RБ' , RБ'' , а функцию температурной стабилизации – звено, состоящее из резистора RЭ и конденсатора СЭ, включенное в цепь эмиттера. При повышении тем- пературы увеличиваются токи транзистора. Ток эмиттера IЭ создает дополнительное падение напряжения на резисторе RЭ. Согласно вто- рому закону Кирхгофа,
UБЭ = I1RБ'' − IЭ RЭ .
Следовательно, увеличение тока эмиттера IЭ приводит к умень- шению напряжения UБЭ, вследствие чего эмиттерный переход смещается в сторону запирания. Ток базы и ток коллектора уменьшаются, т.е. устанавливается прежний режим работы. Кон- денсатор уменьшает влияние обратной связи в полосе усиливае- мых частот.
6.3.Подготовка к работе
1.Освоить основные положения теоретического введения.
2.Начертить в лабораторной тетради схемы для проведения экс- периментов.
3.Подготовить таблицы для записи в них результатов измерений.
46
6.4. Порядок выполнения работы
Задание 1. Исследование параметров и характеристик одно- каскадного усилителя
1.Собрать в окне программы Multisim схему, изображенную на рис. 6.4.
2.Снять и записать показания вольтметров (напряжение на базе и эмиттере, ток коллектора), изменяя напряжение источника сигнала от 50 до 500 мВ.
Рис. 6.4. Схема усилителя
3.Показания вольтметра на выходе усилителя занести в табл. 6.1. Отметить значение входного напряжения, при котором наблюдается искажение формы выходного напряжения.
4.Вычислить коэффициент усиления по напряжению (Ku) при значениях ЭДС источника сигнала 100 и 500 мВ.
5.«Включить» измеритель частотных характеристик (Bode Plotter). Нарисовать амплитудно-частотную характеристику от 0 дБ на нижних частотах. Отметить значения частот на границе полосы про-
пускания (Ku max (дБ) – 3 дБ).
6.Включить ключ «А». Выполнить эксперименты аналогично п. 2–4. Напряжение источника сигнала изменять от 5 до 50 мВ.
47
|
|
|
|
|
Таблица 6.1 |
|
|
|
|
|
|
Ключ |
«А» отключен |
Ключ |
«А» включен |
||
|
|
|
|
|
|
Eист1, мВ |
|
Uвых, В |
Eист, мВ |
|
Uвых, В |
|
|
|
|
|
|
100 |
|
|
5 |
|
|
200 |
|
|
10 |
|
|
250 |
|
|
20 |
|
|
300 |
|
|
30 |
|
|
350 |
|
|
40 |
|
|
400 |
|
|
45 |
|
|
500 |
|
|
50 |
|
|
|
|
|
|
|
|
––––––––
1 Eист – ЭДС источника сигнала.
7.По данным табл. 6.1 построить амплитудные характеристики усилителя.
8.Включить ключ «В». Нарисовать амплитудно-частотную ха- рактеристику от 0 дБ на нижних частотах. Отметить значения частот на границах полосы пропускания.
Задание 2. Исследование параметров и характеристик двух- каскадного усилителя
1.Собрать в окне программы Multisim схему, изображенную на рис. 6.5.
2.При разомкнутом ключе в цепи обратной связи (key B), изменяя напряжение на входе от 1 до 15 Мв, измерить амплитуду напряжения на выходе усилителя.
3.Результаты измерений занести в табл. 6.2.
|
|
|
|
|
Таблица 6.2 |
|
|
|
|
|
|
Uвх, мВ |
2 |
5 |
8 |
10 |
15 |
|
|
|
|
|
|
Uвых, мВ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
48
Рис. 6.5. Схема двухкаскадного усилителя
4.Построить амплитудную характеристику усилителя.
5.Нарисовать амплитудно-частотную характеристику от 0 дБ на нижних частотах. Отметить значения частот на границах полосы пропускания.
6.Емкость конденсаторов С1 и С2 установить равной 100 нФ. Выполнить опыты в соответствии с п. 5.
7.Замкнуть ключ (Key = 1) в цепи обратной связи. Нарисовать амплитудно-частотную характеристику от 0 дБ на нижних частотах. Отметить значения частот на границах полосы пропускания.
6.5.Содержание отчета
1.Наименование и цель работы.
2.Необходимые теоретические сведения.
3.Изображения схем усилителей.
4.Таблицы с результатами экспериментов.
5.Расчетные формулы.
6.Амплитудные и амплитудно-частотные характеристики однокас- кадного и двухкаскадного усилителя.
7.Выводы по работе.
49
Контрольные вопросы
1.Определить Uк0 в режиме покоя для транзисторного каскада с об- щим эмиттером, если известно, что Ек = 20 В, Rк = 2 кОм, Iк0 = 5 мА.
2.Определить Iк0 в режиме покоя для транзисторного каскада с об- щим эмиттером, если известно, что Uк0 = 12 В, Ек = 20 В, Rк = 2 кОм.
3.Определить Iб0 в режиме покоя для транзисторного каскада с об- щим эмиттером, если известно, что Ек = 20 В, Rк = 2 кОм, Uк0 = 12 В,
h21э = 20.
4.Определить коэффициент усиления усилителя с положительной обратной связью, если коэффициент передачи положительной связи
β= 0,09, Ku = 10.
5.Полоса пропускания – это диапазон частот, в котором коэффи- циент усиления…
6.Как изменится полоса пропускания многокаскадного усилителя с уменьшением емкости конденсатора связи?
7.Если сопротивление резистора Rк в усилителе напряжения уменьшить, то как изменится напряжение на выходе?
50