13

Лабораторная работа № 1

“Исследование усилителя напряжения звуковой частоты ”

Цель работы: изучение принципа действия усилителя звуковой час­тоты (УЗЧ) на транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером (ОЭ); эксперимен­тальная проверка расчета элементов схемы и определение ее основных па­раметров.

1. Теоретические положения

Каскады усиления напряжения звуковой частоты чаще всего выпол­няются на транзисторах, включенных с ОЭ, так как при этом получается наибольшее усиление сигнала. Рабочую точку (РТ) усилительного каскада вы­бирают в каждом конкретном случае в зависимости от параметров, кото­рыми должен обладать усилитель. Основными требованиями, предъявляе­мыми к каскаду, являются:

- максимальное усиление по напряжению;

- мини­мальные частотные и нелинейные искажения;

- высокая экономичность;

- температурная стабильность.

Одновременно выполнить все эти требования невозможно. Так, например, при большом усилении снижается устойчивость работы усилителя, который легко возбуждается, превращаясь в генератор, и нарушается его нормаль­ное функционирование. Увеличение температурной стабильности обяза­тельно сопровождается снижением усиления и КПД.

В данной работе исследуется усилитель (рис. 1.1), к которому предъявляют требования минимальных искажений усиливаемого сигнала при макси­мальном использовании возможностей транзистора.

РТ такого каскада выбирается в следующей последователь­ности:

1) на семействе выходных вольт-амперных характеристик (ВАХ) транзистора (рис. 1.2,а) строится линия нагрузки БВ, исходя из следующих условий:

E_К/R₄ < 0,8 I_Кmax; (1.1)

E_К < 0,8 U_КЭmax. (1.2)

Выполнение неравенства (1.1) необходимо потому, что коллекторный ток насыщенного транзистора должен быть меньше максимального допус­тимого тока I_Кmax. Коэффициент 0,8 гарантирует выполнение этого нера­венства при разбросе сопротивления резистора R₄ и нестабильности пита­ния E_К. Выполнение неравенства (1.2) обеспечивает надежную работу тран­зистора в режиме отсечки или при обрыве цепи резистора R₁, когда напря­жение на коллекторе транзистора поднимается почти до E_К.

2 ) РТ каскада “А” выбирается в средней части рабочего участка линии нагрузки БВ и характеризуется тремя параметрами: токами I_Бп, I_Кп, напряжением U_КЭп. Затем она переносится на входную ВАХ транзистора, снятую при U_КЭ = U_КЭп, и по найденному значению I_Бп определяется напряжение U_БЭп (рис. 1.2,б). Изменение положения РТ обеспечивается потенциометром R₁.

1.1. Особенности работы усилителя

Напряжение входного сигнала U_ВХ поступает через разделительный конденсатор C₁ на базу транзистора VT₁ и вызывает три тока. Два из них, проходящие через резисторы R₁, R₂ и R₃ базового делителя, бесполезны, а третий (I_Б) проходит в цепь базы транзи­стора и изменяет ток коллектора на I_К и напряжение на коллекторе на U_КЭ = I_КR₄. Входным сопротивлением каскада являются параллельно включенные резисторы базового делителя (R₁ + R₂), R₃ и входное сопротив­ление транзистора h_11э

R_ВХ = (R₁ + R₂)//R₃//h_11э. (1.3)

Обычно сопротивление резисторов R₁ + R₂ и R₃ значительно больше входного сопротивления h_11э транзистора, поэтому формулу (3) можно уп­ростить

R_ВХ = h_11э. (1.4)

Тогда входной ток практически весь поступает в базу транзистора

I_ВХ = (U_ВХ/R_ВХ)  I_Б, следовательно переменная составляющая тока коллектора I_К = h_21эI_Б = h_21э(U_ВХ/R_ВХ),

а напряжение на коллекторе, представляющее собой выходное напряжение,

U_ВЫХ = U_К = I_КR₄ = (h_21эU_ВХ/R_ВХ) R₄. (1.5)

Выходное сопротивление каскада определяется параллельным соедине­нием резистора R₄ и выходного сопротивления транзистора 1/h_22э

R_ВЫХ = R₄ //(1/h_22э),

где h_22э – выходная проводимость транзистора в схеме с ОЭ.