2. Домашнее задание

Изучить принцип действия биполярного транзистора, ознакомиться со схемами усилителей на его основе. Изучить методику экспериментального определения коэффициента усиления по напряжению, входного и выходного сопротивлений.

3. Экспериментальная часть

3.1. Задание

1. Выполнить измерения для схем усилителей с общим эмиттером, общим коллектором и общей базой. Для каждой схемы определить электрические показатели:

• коэффициент усиления по напряжению k_U;

• угол фазового сдвига φ;

• входное сопротивление R_вх;

• выходное сопротивление R_вых.

2. Результаты свести в таблицу 1.

Таблица 1

	С общим эмиттером	С общим коллектором	С общей базой
Uвх, В
Uвых, В
kU
φ, град.
Rвх, Ом
Rвых, Ом

Для каждой схемы построить амплитудно-частотную и фазочастотную характеристики. Графики занести в отчет.

3.2. Порядок выполнения эксперимента

1. Открыть приложение Capture CIS из пакета OrCAD. Загрузить в приложение файл OE.opj. В открывшемся окне последовательно открыть: Design Resources  OE.dsn  SCHEMATIC1. В папке SCHEMATIC1 содержится модель OE для исследования усилителя с общим эмиттером.

2. Открыть модель OE (рис. 4). Источник напряжения V1 служит для создания постоянного напряжения питания. Источник напряжения V2 создает входное переменное напряжение.

Рис. 4. Модель схемы усилителя с общим эмиттером

3. Выбрать профиль симуляции 1.

4. Установить напряжение источника V1 15 В, амплитуду напряжения источника V2 VAMPL = 0,2 В и частоту FREQ = 1 кГц. Сопротивление резисторов: Rd = 0,1 Ом; Rn = 10 МОм.

5. Запустить симуляцию клавишей F11 или кнопкой "Run PSpice" на панели инструментов.

6. В открывшемся окне PSpice A/D снять графики напряжения на входе (верхний график V(in)) и выходе усилителя (нижний график V(out)). Из графиков определить амплитуды входного и выходного напряжений, фазовый сдвиг между входным и выходным напряжениями φ, а также, используя выражение (1), коэффициент усиления по напряжению k_U. Результаты занести в таблицу 1.

7. Установить сопротивление резистора R_d равным 1 кОм (1k). Выполнить симуляцию. Измерить амплитуду выходного напряжения. По выражению (2) определить входное сопротивление усилителя. Результат занести в таблицу 1.

8. Установить сопротивление резистора R_d равным 0,1 Ом (0,1), а сопротивление резистора R_n – 1 кОм (1к). Выполнить симуляцию. Измерить амплитуду выходного напряжения. По выражению (3) определить выходное сопротивление усилителя. Результат занести в таблицу 1.

9. Закрыть проект.

10. Загрузить файл OE-AC.opj. В открывшемся окне последовательно открыть: Design Resources  OE-AC.dsn  SCHEMATIC1. В папке SCHEMATIC1 содержится модель OE_AC для построения амплитудно-частотной и фазо-частотной характеристик схемы усилителя с общим эмиттером (рис. 5).

Рис. 5. Модель схемы усилителя с общим эмиттером для построения частотных характеристик

11. Выбрать профиль симуляции A1.

12. Запустить симуляцию. В открывшемся окне PSpice A/D снять в отчет графики амплитудно-частотной (верхний график DB(V(out)/V(in)) и фазочастотной характеристик (нижний график P(V(out)).

13. По графику амплитудно-частотной характеристики определить коэффициент широкополосности:

,

где f_max и f_min – максимальная и минимальная частоты, при которых коэффициент усиления уменьшается на 3 дБ относительно его значения на средней частоте.

14. Закрыть проект.

15. Загрузить файл OK.opj. В открывшемся окне последовательно открыть: Design Resources  OK.dsn  SCHEMATIC1. В папке SCHEMATIC1 содержится модель OK для исследования усилителя с общим эмиттером (рис. 6).

Рис. 6. Модель схемы усилителя с общим коллектором

16. Установить напряжение источника V1 15 В, амплитуду напряжения источника V2 VAMPL = 0,3 В и частоту FREQ = 1 кГц. Сопротивление резисторов: Rd = 0,1 Ом; Rn = 10 МОм.

17. Повторить для данной схемы действия пунктов 5–6. Результаты занести в таблицу 1.

18. Повторить для данной схемы действия пункта 7, при этом R_d установить равным 10 кОм, R_n – 100 Ом.

19. Повторить для данной схемы действия пункта 8, при этом R_n установить равным 1 кОм, R_d – 0,1 Ом.

20. Закрыть проект.

21. Загрузить файл OK-AC.opj. В открывшемся окне последовательно открыть: Design Resources  OK-AC.dsn  SCHEMATIC1. В папке SCHEMATIC1 содержится модель OK_AC для снятия частотных характеристик усилителя с общим эмиттером (рис. 7).

22. Повторить для данной схемы действия пунктов 11–13.

23. Загрузить файл OB.opj. В открывшемся окне последовательно открыть: Design Resources  OB.dsn  SCHEMATIC1. В папке SCHEMATIC1 содержится модель OB для исследования усилителя с общей базой (рис. 8).

Рис. 7. Модель схемы усилителя с общим коллектором для исследования частотных характеристик

Рис. 8. Модель схемы усилителя с общей базой

24. Установить напряжение источников V1 и V2 15 В, амплитуду напряжения источника V2 VAMPL = 0,3 В и частоту FREQ = 10 кГц. Сопротивление резисторов: Rd = 0,1 Ом; Rn = 10 МОм.

25. Повторить для данной схемы действия пунктов 5–6. Результаты занести в таблицу 1.

26. Повторить для данной схемы действия пункта 7, при этом R_d установить равным 220 Ом, R_n – 10 МОм.

27. Повторить для данной схемы действия пункта 8, при этом R_n установить равным 1 кОм, R_d – 0,1 Ом.

28. Закрыть проект.

29. Загрузить файл OB-AC.opj. В открывшемся окне последовательно открыть: Design Resources  OB-AC.dsn  SCHEMATIC1. В папке SCHEMATIC1 содержится модель OB для исследования частотных характеристик усилителя с общей базой (рис. 9).

Рис. 9. Модель схемы усилителя с общей базой для исследования частотных характеристик

30. Повторить для данной схемы действия пунктов 11–13.