Лабораторне заняття № 10

Тема: Каскади із загальними базою та колектором.

Мета роботи. Дослідження коефіцієнта підсилення по напрузі у підсилювачах; визна-чення фазового зсуву сигналів у підсилювачах; вимірювання вхідного опору підсилювачів; вимірювання вихідного опору підсилювачів; дослідження впливу роздільного конденсатора на підсилення змінного сигналу.

1. Теоретичні відомості

Схема підсилювача з загальним колектором подана на малюнку 10.1.

Мал. 10.1

Схема підсилювача із загальною базою подана на малюнку 10.2.

Мал. 10.2

На малюнках, поданих вище, позначено: V_cc – напруга живлення; U_i – вхідна напруга; U₀ – вихідна напруга; R_k – опір колекторного навантаження; C – роздільний конденсатор; R_e – емітерний опір; R₁, R₂ – резистори подільника, що задає режим каскаду за постійним струмом; C_b – блокувальний конденсатор.

На практиці використовується каскад ЗБ за схемою мал. 10.2, у якому режим за по-стійним струмом задається дільником на резисторах R_l, R₂, а за змінним струмом база з'єднана із "землею" через блокувальний конденсатор С_b.

Базові каскади характеризуються вхідним R_вх, і вихідним R_вих опорами, коефіцієнтом підсилення струму К_і і напруги К_u. Нижче в якості довідкової інформації приводяться на-ближені вирази для цих характеристик.

Для каскаду з ЗБ: R_вх = R_e || r_e; R_вих = R_k; K_і = α; K_u = α × R_k / (R_e + r_e).

Для каскаду з ЗК: R_вх = β × (R_e + r_e); R_вих = (R_е+ r_e ) / β; К_і = β; K_u = 1.

У наведених формулах: r_e - диференційний опір емітерного переходу (r_е = ΔU_бе / ΔI_е);

α = I_k / I_e - коефіцієнт підсилення струму транзистора в схемі з ЗБ; || - значок паралельного з'єднання резисторів; R_і - внутрішній опір джерела вхідного сигналу з урахуванням опорів паралельно увімкнених резисторів R_l, R₂; β = 1 / (1 - α) - коефіцієнт підсилення струму транзистора в схемі з ЗК. Відмітимо, що каскади ЗБ і ЗК сигнал не інвертують, на відміну від каскаду із ЗЕ.

2. Практична частина

Налаштування осцилографа проводиться за допомогою його панелі, де містяться харак-теристики каналів А та В, синхронізації та розгортки. Слід зазначити, що графіки можна ба-чити у трьох проекціях: Y/Т (розгортка в часі), А/В та В/А ( один сигнал в залежності від ін-шого).

Під’єднання виводів потрібно здійснювати ретельно, без розривів. Адже тоді можлива неправильна робота схеми. Для зручності під’єднань можна застосовувати «крапку». Її вста-новлення на схемі у потрібних місцях дає можливість краще проектувати складні вузли.

Зберігається відповідність характеристик елементів відповідно схемам, крім робочої частоти (замість частоти 1 Hz потрібно встановити 1 kHz).

2.1. Програма роботи та завдання.

2.1.1. Побудувати схему малюнку 10.3 з відповідними параметрами елементів. На-лаштувати схему для роботи: під’єднати вольтметр V₁ до схеми так, щоб можна було ви-міряти вихідну напругу, встановивши при цьому його в режим DC; аналогічно встановити другий вольтметр для вимірювання вхідної напруги (режим АС), амперметр (режим АС); увімкнути схему; орієнтуючись на схему мал. 10.2, вибрати номінал резистора R₂ таким чи-ном, щоб V₁ показував напругу дещо більшу, ніж половина напруги живлення V_сc.

2.1.2. Встановити вольтметр V₁ у режим АС. Для режиму, що встановився, записати результати вимірювань вхідної та вихідної напруг, різниці фаз вхідного та вихідного синусо-їдальних сигналів, визначеної за допомогою характеріографа (Боде-плотера). За результа-тами вимірювання вхідної та вихідної синусоїдальних напруг обчислити коефіцієнт підси-лення каскаду по напрузі.

2.1.3. За показами вольтметра V0 та амперметра визначити вхідний опір (R_вх =V0 / I_вх). Вихідний опір визначаємо за допомогою вимірювання напруги холостого ходу U_xx :

R_вих = R_н × (U_xx / U_вих - 1), де R_н – опір навантаження, що рівний 2,4 кОм.

Напругу U_xx вимірюємо за допомогою вольтметра V1 при R_н = 2,4 Мом.

2.1.3.1. За формулами визначити R_вх та R_вих.

2.1.4. Виконати дії пунктів 2.1.1-2.1.3.1 для схеми мал. 10.4, враховуючи мал. 10.1 та той факт, що для налаштування схеми каскаду з ЗК потрібно, щоб вольтметр V₁ показував напругу дещо меншу, ніж половина напруги живлення V_сc.

2.1.5. Зняти амплітудно-частотну характеристику на схемах із каскадами з ЗБ та ЗК.

2.1.6. У схемі мал. 10.4, для кожного нового встановленого значення вхідного розділь-ного конденсатора (1, 10, 33, 100, 500) μF, знайти нижню робочу частоту, яка визначається при значенні коефіцієнта підсилення рівного – відношенню К_u при частоті 1 kHz та .

2.1.7. У звіт занести усі схеми, вихідні дані, вимірювані та розраховані дані. Відповісти письмово на контрольні питання.

Мал. 10.3

Мал. 10.4

Контрольні питання:

1) У чому полягає принципова різниця між каскадами з ЗБ та ЗК?

2. Чому коефіцієнт підсилення по напрузі для каскаду з загальним колектором менше 1?

3. Яка різниця фаз вхідної та вихідної синусоїдальних напруг для каскаду з ЗК і ЗБ?

4. Дайте порівняльний аналіз амплітудно-частотних характеристик каскадів з ЗЕ, ЗБ, ЗК.