ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

«МАТИ» - РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМ. К.Э. ЦИОЛКОВСКОГО

Кафедра "Электроника и информатика"

ИССЛЕДОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ТРАНЗИСТОРНОГО УСИЛИТЕЛЬНОГО КАСКАДА

Методические указания к лабораторной работе

по курсу «Электроника и электротехника»

Составители: Пяткин А. А.

Румянцева М. Н.

Позднев А. В.

МОСКВА 2001

ВВЕДЕНИЕ

Методические указания к данной лабораторной работе по исследованию характеристик усилительного каскада на биполярном транзисторе написаны применительно к учебной программе курса “Электротехника и промышленная электроника“ для студентов всех специальностей.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Изучить назначение основных элементов усилителя на биполярном транзисторе и принцип его работы; экспериментально и теоретически исследовать амплитудную и амплмтудно-частотную характеристику усилителя.

МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Усилителем называется устройство, предназначенное для усиления электрического сигнала по напряжению, току или мощности. Простейшим усилителем является усилительный каскад, структурная схема которого представлена на рис. 2.1.

Рис. 2.1.

Он содержит нелинейный управляемый элемент УЭ (обычно биполярный или полевой транзистор), нагрузку и источник электрической энергии .

Во входную цепь каскада подается усиливаемый сигнал , с нагрузки снимается сигнал , имеющий значительно большую мощность. Усиление сигнала основано на преобразовании электрической энергии источника в энергию выходного сигнала за счет изменения сопротивления УЭ по закону, задаваемому входным сигналом.

Основными параметрами усилительного каскада являются коэффициент усиления по току , коэффициент усиления по току и коэффициент усиления по мощности .

В данной работе исследуется усилительный каскад, собранный на биполярном p-n-p транзисторе по схеме с общим эмиттером (рис. 2.2), который широко используется в инженерной практике, так как обеспечивает значительное усиление и по напряжению, и по току.

Рис. 2.2.

Основными элементами такого усилителя являются:

• R_Б1 и R_Б2 – резисторы делителя напряжения, предназначенные для создания начального напряжения смещения U_Об ( в отсутствие входного сигнала) и определяющие режимы работы каскада по постоянному току;

• R_к – резистор, ограничивающий коллекторный ток транзистора;

• R_э – резистор цепи отрицательной обратной связи (по постоянному току); предназначен для температурной стабилизации режима работы каскада;

• С_э – конденсатор, шунтирующий R_э по переменному току: предназначенный для ослабления отрицательной связи по переменному току;

• С_р1,С_р2 – разделительные конденсаторы:

  • С_р1 – предотвращает протекание постоянной составляющей тока в источник входного сигнала;

  • С_р2 – обеспечивает выделение из коллекторного напряжения переменной составляющей, подающейся в нагрузку.

Графический анализ работы усилительного каскада представлен на рис. 2.3.

Рис.2.3.

На семействе выходных характеристик I_k = f(U_к) проводят линию нагрузки (вольтамперную характеристику резистора R_k) согласно уравнению:

U_к = Е_к - R_к* I_к.

Так как входные характеристики I_б = f(U_б) для разных значений U_к1 отличаются незначительно, в качестве входной принимают усредненную входную характеристику.

Переходную характеристику I_k = f(I_б) строят по точкам пересечения линии нагрузки с коллекторными характеристиками. Рабочая точка (точка Р) или точка покоя определяет значения напряжений и токов U_об, U_ok, I_об, I_ok при отсутствии входного сигнала.

При подаче на вход каскада переменного напряжения U_вх. ток базы будет изменяться в соответствии с входной характеристикой и кроме постоянной составляющей I_об будет иметь переменную составляющую I_б.

График изменения коллекторного тока I_k можно построить с помощью переходной характеристики, а коллекторного напряжения U_к – с помощью линии нагрузки.

Переменная составляющая коллекторного напряжения представляет собой выходное напряжение усилительного каскада.

Входное напряжение U_вх = R_вх*I_вх; где R_вх - входное сопротивление каскада.

Выходное напряжение U_вых = - R_k*I_k.

Так как I_k >>I_вх, а R_k >>R_вх, U_вых >>U_вх,

Если изменения U_вх, I_вх, I_к укладываются в линейные участки входной и переходной характеристик, то форма U_вых будет соответствовать форме U_вх.

Описание лабораторной установки.

Перед работой студент должен познакомиться с инструкцией по технике безопасности и расписаться в журнале по технике безопасности. Работа выполняется под руководством преподавателя или лаборанта. Категорически запрещается производить включение или отключение приборов или осуществлять какую-нибудь коммутацию при включенных источниках питания.

Исследуемый усилитель смонтирован на панели №1 универсального лабораторного стенда ЭВЧ. Питание усилителя осуществляется от источника коллекторного напряжения Е_к = -12В путем подключения зажимов “-12”, ”0” усилителя (на панели №4) и токовым зажимам источника постоянного напряжения на стенде (на горизонтальной панели).

Входной сигнал создается генератором гармонических колебаний; при снятии характеристик значения входного напряжения следует изменять в интервале от 0 до 250 мВ, а частоты – от 0 до 10⁴ кГц.

Измерение входного и выходного напряжений усилителя проводится с помощью цифровых вольтметров В7-22А.

Для изучения формы выходного сигнала используется осцелограф. Включение стенда и подача напряжений осуществляется кнопками на стенде.

Рис. 3.1. Монтажная схема усилителя.

Порядок выполнения работы.

1. Изучить назначение основных элементов усилителя и принцип его работы.

2. Начертить электрическую схему усилителя, рис.2.2.

3. Зарисовать таблицы 4.1. и 4.2.

4. Ознакомиться с лабораторным стендом.

При отключенном от стенда напряжении собрать мантажную электрическую схему, рис.3.1.

• для этого подключить зажимы усилителя “-12B”, “0” к источнику постоянного напряжения на стенде.

• подключить ко входу усилителя генератор гармонического напряжения и цифровой вольтметр В7-22А.

• подключить к выходу усилителя осцелограф и цифровой вольтметр В7-22А.

5. Снять амплитудную характеристику U_вых = f(U_вх) при f = const. Рассчитать коэффициент усиления по напряжению K_u = U_вых/U_вх Результаты занести в таблицу 4.1.

f_вх = 1000 Гц.

U_вых = f(U_вх)

Uвх, В			0,025	0,05	0,1	0,15	0,2	0,25
РЕЖИМ ИЗМЕРЕНИЙ.	Rk = 4,3 кОм.	Uвых, В Ku
	Rн = 12 кОм.
	Ср2 = 20 мкФ.
	Rk = 2,2 кОм.	Uвых, В Ku
	Rн = 12 кОм.
	Ср2 = 20 мкФ.
	Rk = 4,3 кОм.	Uвых, В Ku
	Rн = 8,2 кОм.
	Ср2 = 20 мкФ.

5. Снять амплитудно-частотную характеристику K_u = f(f) при U_вх = const. Рассчитать коэффициент усиления.

Результаты расчетов занести в таблицу 4.2.

U_вх = 0,05 В; R_k = 4,3 кОм;

U_вых = f(f); R_k = 8,2 кОм.

f, Гц.			2*101	2*102	2*103	2*104	2*105
РЕЖИМ ИЗМЕРЕНИЙ.	Ср2 = 20 мкФ.	Uвых, В
		Ku
	Ср2 =0,1 мкФ.	Uвых, В
		Ku