Схеми для отримання сімейств вхідних та вихідних характеристик транзисторів, що досліджуються
Для вибору величини колекторного опору необхідно знайти робочу область вхідних та вихідних параметрів транзистора. Така область визначається за допомогою сімейств вхідних та вихідних характеристик, виходячи з умови, що при малих значеннях емітерного (колекторного) струму коефіцієнт підсилення α (β) буде малим, а при величинах струму, що перевищує робочий діапазон, коефіцієнт підсилення знову зменшується. Тому, побудувавши сімейство ВАХ транзистора, по їх вигляду можна оцінити діапазони струмів бази та колектора.
Рис. 5.11 демонструє простий спосіб отримання вхідних та вихідних характеристик біполярного транзистора з використанням пакету EWB. Як приклад, взятий транзистор 2N3391A. На рис. 5.11, а наведено схему включення, на рис. 5.11, б представлене вікно задання параметрів виконання опції DC Sweep… Рис. 5.11, в і г – відповідно, сімейства вхідних та вихідних ВАХ транзистора (перше – зняте з вузла 1 наведеної схеми, друге – з вузла 5).
а
б
в
г
Рис. 5.11
Лабораторна робота № 6 Дослідження однокаскадних підсилювачів
6.1. Мета роботи
Вивчення основних параметрів і характеристик однокаскадного підсилювача (величина вхідного і вихідного опорів, коефіцієнт підсилення на середніх частотах, характер амплітудно-частотних характеристик та їх залежності від параметрів елементів схеми, параметрів транзистора, а також від схеми включення транзистора). Робота виконується на базі біполярного і польового транзисторів.
6.2. Використання пакету ewb для виконання роботи
Дослідження характеристик і параметрів однокаскадного підсилювача може бути повністю виконано за допомогою схем, що наведені на рис. 6.1 і рис. 6.2. Вони дають можливість обчислити значення вхідного і вихідного опорів підсилювача, коефіцієнт підсилення на середніх частотах, амплітудно- і фазочастотні характеристики та їх залежність від параметрів елементів підсилювача, а також зовнішні характеристики підсилювача, тобто залежність величини вихідної напруги від величини навантаження.
Рис. 6.1
Рис. 6.2
При підготовці схем до роботи необхідно впевнитись у правильності вибору робочих точок транзисторів, а також встановити вимірювальні прилади у режим вимірювання змінного струму.
Амплітудно-частотні характеристики каскадів можливо аналізувати за допомогою віртуального приладу Bode Plotter або опції AC Analysis. Це значно спрощує дослідження впливу параметрів активних і реактивних елементів підсилювачів на амплітудно-частотні характеристики.
6.3. Порядок виконання роботи
6.3.1. Виконується вимірювання величин вхідного і вихідного опорів каскаду підсилення. Таке дослідження здійснюється за допомогою вимірювальних приладів шляхом вимірювання величин струмів і напруг з послідуючим обчисленням відповідних опорів.
6.3.2. Дослідження коефіцієнта підсилення на одній з частот середньочастотного діапазону (500 Гц – 8 кГц) може бути забезпечено як за допомогою вимірювальних приладів, так і за допомогою осцилографа.
6.3.3. Дослідження зовнішньої характеристики підсилювача здійснюється за допомогою вимірювальних приладів, що приєднані до виходу підсилювача, шляхом зміни величини опору навантаження у діапазоні від режиму холостого ходу до 1 кОм. Для цього замість навантаження можна встановити потенціометр (Potentiometer). Після проведення замірів на одній з частот середньочастотного діапазону необхідно побудувати зовнішню характеристику і впевнитись у правильності визначення величини вихідного опору.
6.3.4. Дослідження амплітудно-частотних характеристик здійснюється за допомогою Bode Plotter при параметрах, що вказані на електронній схемі, але для режиму холостого ходу підсилювача. Після цього провести досліди впливу на АЧХ величин ємностей розділювальних конденсаторів і величини опору навантаження каскаду, шляхом його зміни в інтервалі 100 кОм ÷ 4 кОм. Найзручніше це зробити за допомогою опції Parameter Sweep.
6.3.5. Дослідження впливу транзисторів, що використовуються, рекомендується провести непрямим методом. Для цього необхідно врахувати той факт, що частотна характеристика транзистора в основному залежить від ємності його колекторного переходу. Щоб дослідити її вплив на частотні характеристики транзистора, достатньо замість заміни транзисторів, з послідуючим вибором їх робочої точки, змінювати величину зовнішньої ємності, підключеної між колектором і базою транзистора у межах від одиниць до тисяч пікофарад. Інший спосіб проведення цього досліду полягає в тому, що в опції Edit (Вікно властивостей діода) можна змінювати величину ємності колекторного переходу (B-C junction capacitance).
6.3.6. Провести досліди за пунктами 6.3.1 – 6.3.5 для підсилювача на біполярному транзисторі (рис. 6.1).
6.3.7. Провести досліди за пунктами 6.3.1 – 6.3.5 для підсилювача на польовому транзисторі (рис. 6.2).
6.3.6. Провести досліди за пунктами 6.3.1 – 6.3.5 для підсилювача на біполярному транзисторі при включенні його за схемою із загальним колектором (схему розробити самостійно).