10.4. Контрольні питання

1. Поясніть принцип роботи p-n-p транзистора. В чому полягає його відмінність від транзистора із структурою n-p-n ?

2. Як зміщені емітерний та колекторний переходи при різних режимах роботи біполярного транзистора?

3. Чим пояснюється принципова можливість підсилення електричних сигналів за допомогою транзистора?

4. Яка фізична суть параметрів Т- подібної схеми заміщення транзистора?

5. Як визначаються h- параметри транзистора?

6. Як визначаються параметри Т- подібної схеми заміщення?

7. Як визначаються залишкові опори транзистора при його роботі в ключовому режимі?

Лабораторна робота № 11

ДОСЛІДЖЕННЯ ОДНОКАСКАДНОГО ПІДСИЛЮВАЧА НИЗЬКОЇ ЧАСТОТИ ІЗ СПІЛЬНИМ ЕМІТЕРОМ

Мета роботи: Дослідження однокаскадного підсилювача (попереднього підсилювального каскаду) низької частоти із спільним емітером (СЕ).

11.1. Основні теоретичні відомості

Підсилювачі низької частоти призначені для підсилення параметрів електричних сигналів низької частоти (до 100 кГц) – напруги, струму та потужності.

Підсилювач являє собою чотириполюсник (рисунок 11.1), який доцільно характеризувати коефіцієнтом підсилення за напругою в режимі холостого ходу

;

вихідним динамічним опором

;

та вхідним динамічним опором

;

де – діючі значення напруги та струму відповідно вхідного і вихідного сигналів; – діючі значення вихідних напруги в режимі холостого ходу ( ) та струму в режимі короткого замикання ( ).

Коефіцієнт підсилення каскаду за напругою, струмом і потужністю при певному відповідно дорівнюють:

;

;

,

де – значення потужності вихідного та вхідного сигналів.

У деяких випадках коефіцієнти підсилення доцільно виражати логарифмічною одиницею – децибел /дБ/:

;

;

.

Н айбільшого використання набув однокаскадний підсилювач з СЕ (рисунок 11.2). Основним елементом каскаду є біполярний транзистор \/Т п-р-п типу. При використанні транзистора р-п-р типу необхідно змінити полярність напруги живлення ( ). Резистор в колі колектора призначений для створення подільника напруги, з якого знімається вихідний сигнал. Опір резистора визначає підсилення каскаду і звичайно знаходиться в межах від 100Ом до 5кОм. Резистори та утворюють подільник напруги і призначені для встановлення необхідної напруги зміщення між базою і емітером . Резистор служить для забезпечення температурної стабільності каскаду. Темпетурна стабільність досягається за рахунок від‘ємного зворотного зв‘язку на постійному струмі (частина вихідної напруги діє у вхідному колі). Конденсатор виключає від‘ємний зворотний зв‘язок на змінному струмі, завдяки чому досягаються значно більші значення коефіцієнтів підсилення каскаду. З цією метою ємність вибирають, виходячи з умови .

Конденсатори та призначені для забезпечення зв‘язку каскаду на змінному струмі і незалежності роботи підсилювача за постійним струмом відносно інших пристроїв або каскадів підсилення.

При відсутності вхідного сигналу транзистор знаходиться в активному режимі, який характеризується струмами і напругами спокою .

Зв‘язок між вихідними струмом та напругою визначається рівнянням вихідної статичної характеристики:

.

С труми спокою та визначаються напругою зміщення , яка, в свою чергу, задається подільником напруги , . Для визначення необхідного значення будують прохідну (рисунок 11.3,б) та вхідну (рисунок 11.3,в) статичні характеристики підсилювача. Для побудови прохідної характеристики підсилювача використовують точки перетину ЛСН з вихідними характеристиками транзистора. Вхідною статичною характеристикою підсилювача може бути використана вхідна характеристика транзистора, знята при . Значення та визначають відповідно за прохідною та вхідною статичними характеристиками підсилювача.

При подачї вхідної напруги струми бази, колектора та емітера є сумою часткових струмів – струму спокою і струму, зумовленого дією вхідної напруги.

Змінні складові струмів та напруг можуть бути визначені графічно побудовою динамічних характеристик підсилювача або аналітично з використанням динамічних параметрів транзистора, враховуючи що

,

де – динамічний коефіцієнт передачі струму бази транзистора з спільним емітером; – динамічний вхідний опір транзистора.

Д ля визначення основних параметрів підсилювального каскаду може бути використана його лінійна схема заміщення (рисунок 11.4), яка справедлива для малого вхідного сигналу . Резистивний елемент відображає паралельне з‘єднання резисторів та (відносно вхідного сигналу). В першому наближенні ємності конденсаторів можуть бути не враховані, що значно спрощує аналіз роботи підсилювача.

Основною характеристикою каскадів попереднього підсилення є їх амплітудно-частотна характеристика (АЧХ) , або . Типова АЧХ показана на рисунку 11.5.

Залежність коефіцієнтів підсилення від частоти зумовлена наявністю реактивних елементів , а також частотною залежністю параметрів транзистора, які враховують введенням додаткових ємностей в його схему заміщення.

Внаслідок нерівномірності АЧХ підсилювача сигнали низьких і високих частот підсилюються слабкіше і спектр вихідного сигналу відрізняється від спектру вхідного широкосмугового сигналу. Виникають частотні (лінійні) спотворення. Для їх оцінки використовується коефіцієнт частотних спотворень:

,

д е – значення коефіцієнта підсилення відповідно на середніх частотах і даній частоті.

Частоти, на яких коефіцієнт підсилення /або / зменшується до значення називають нижньою і верхньою частотами зрізу, а різницю частот – смугою пропускання підсилювача.

В ажливою характеристикою підсилювача є його амплітудна характеристика. За її допомогою можна оцінити нелінійні спотворення підсилених сигналів та їх динамічний діапазон при певному рівні спотворень. Амплітудна характеристика ідеального підсилювача (рисунок 11.6) є прямою 1, що проходить через початок координат. В такому підсилювачі нелінійні спотворення відсутні. Амплітудна характеристика реального підсилювача 2 лінійна на обмеженій ділянці a…b. При знаходженні робочої точки поблизу області відсічки або насичення, а також при великих вхідних сигналах внаслідок обмежень в області відсічки і насичення вихідна напруга перестає зростати. Внаслідок цього виникають нелінійні спотворення, які оцінюються коефіцієнтом гармонік

де – діючі значення першої /основної/ і n-ої /n=2,3…/ гармонік вихідної напруги. Підсилення сигналів з діючими значеннями практично неможливе, оскільки підсилений сигнал важко виділити з шумів підсилювача. Відношення

називається динамічним діапазоном підсилювача.