Снятие характеристик типового усилительного каскада

Размещено на http://www.allbest.ru/

8

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ 1, 2

Состав рабочего места

Каждое рабочее место в лаборатории оборудовано универсальным лабораторным стендом и следующими стандартными контрольно-измерительными приборами: генератор синусоидальных сигналов Г3-112, осциллограф С1-93, вольтметр постоянного и переменного тока В7-26. Рабочее место рассчитано на работу бригады из 2 - 4 студентов.

ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

Описание лабораторного стенда и платы «Усилительный каскад на биполярном транзисторе» к лабораторным работам № 1, 2

Стенд является универсальным, обеспечивает весь комплекс лабораторных работ по курсу «Схемотехника аналоговых электронных устройств».

Лабораторный стенд включает:

Блок питания, который обеспечивает четыре выходных напряжения: 15 В при токе нагрузки до 1 А, +5 В при токе нагрузки до 5 А и -5 В при токе нагрузки до 0,5 А. Напряжение питания через соединительный разъем подводится непосредственно к плате, на которой расположено исследуемое устройство. На задней панели стенда располагаются гнезда для контроля и регулировки напряжений источников питания.

Исследуемое устройство на съемных платах (комплект).

Плата с исследуемым устройством вставляется в гнезда соединительного разъема.

На задней панели лабораторного стенда установлены маркированные байонетные разъемы, к которым подключаются соответствующие контрольно-измерительные приборы. Измерительные входы приборов через соединительный разъем также выведены на съемную плату (рис. 1).

К каждому стенду прилагаются наборы кабелей для связи с контрольно-измерительными приборами, наборы элементов и перемычек для сборки исследуемых устройств.

Схема платы «Усилительный каскад» приведена на рис. 2. Данная плата предназначена для выполнения лабораторных работ №1, 2, 3. На плате установлены биполярный транзистор VT(КТ312Б) с потенциометром (10...680 Ом), постоянно включенным между базой транзистора и гнездом (+15 В), а также выполнена разводка (на рис.2 - сплошные линии, на плате - линии черного цвета). Все остальные элементы схемы, обозначенные на рисунке пунктиром (на плате - красным цветом), навесные.

К схеме подведено напряжение питания (+15 В). На плату выведены гнезда генератора, осциллографа, внешнего вольтметра.

Все гнезда на макете, обозначенные ««, соединены с корпусом постоянно. Рекомендуется схема питания транзистора с фиксированным током базы, хотя возможно включение и с фиксированным напряжением на базе.

Рис. 1. Общий вид лабораторного стенда



Рис. 2. Схема платы «Усилительный каскад» для лабораторных работ № 1, 2

Измерения по постоянному току можно проводить либо с помощью внешнего вольтметра, либо используя открытые входы осциллографа С1-93.

Величины сопротивления в цепи коллектора (для схемы с ОК в цепи эмиттера ) и сопротивление нагрузки выбираются по номеру лабораторного стенда в соответствии с табл. 1.

Таблица 1

Номер стола	1	2	3	4	5	6	7	8
, кОм	0,75	1,1	2,2	1,3	1,8	2,0	1,6	0,82
, кОм	2,0	3,9	1,2	2,7	2,2	3,3	2,5	1,8
, кОм	0,75	1,1	2,2	1,3	1,8	2,0	1,5	0,82

Емкость связи в данных работах выбрана равной 47,0 мкФ. Для лабораторной работы №1 равна 0,1 мкФ.

Основные параметры транзистора КТ312Б приводятся в прил.3.

Напряжение питания к платам уже подведено, а выводы 15 В на блоке питания - контрольные.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1. ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И ХАРАКТЕРИСТИК ТИПОВОГО УСИЛИТЕЛЬНОГО КАСКАДА НА БИПОЛЯРНОМ ТРАНЗИСТОРЕ В СХЕМЕ С ОБЩИМ ЭМИТТЕРОМ (ОЭ)

Цель работы:

Исследование параметров и характеристик типового усилительного каскада в схеме с ОЭ при различных режимах работы транзистора и нагрузки.

Расчетная часть лабораторной работы (выполняется при подготовке к работе)

Изучить теорию усилительного каскада, используя настоящие методические рекомендации и литературу [1, 2, 3, 4].

Составить принципиальную схему усилительного каскада на биполярном транзисторе в схеме с ОЭ с учетом реализации ее на плате «Усилительный каскад».

Провести расчет основных параметров усилительного каскада () с учетом выбранных по номеру лабораторного стенда величин и режима работы транзистора по постоянному току.

Расчет провести при двух сопротивлениях нагрузки (), = = 50 Ом и напряжениях на коллекторе транзистора, равных:

, , .

Рассчитать величины граничных частот (на уровне М = - 3 дБ) и время нарастания выходного сигнала каскада (см.п.5.2.1) для условий, указанных в табл. 2.

Таблица 2

Параметр Схема включения	UK, В		RГ, Ом	СН, нФ	, мкФ	KE	FВ	FН	tнар
ОЭ			50,0	0	0,1	+	+	+	+
			50,0	1,0	1,0	+	+	+	+
			50,0	1,0	0,1	+	+	+	+
			1000	1,0	0,1	+	+	+	+
			1000	0	0,1	+	+	+	+
			1000	1,0	1,0	+	+	+	+
			50,0	1,0	0,1	+	+	+	+
ОЭ			50,0	0	0,1	+	+	+	+
			50,0	1,0	1,0	+	+	+	+
			50,0	1,0	0,1	+	+	+	+
			1000	1,0	0,1	+	+	+	+
			1000	0	0,1	+	+	+	+
			1000	1,0	1,0	+	+	+	+
			50,0	1,0	0,1	+	+	+	+
ОЭ			50,0	0	0,1	+	+	+	+
			50,0	1,0	1,0	+	+	+	+
			50,0	1,0	0,1	+	+	+	+
			1000	1,0	0,1	+	+	+	+
			1000	0	0,1	+	+	+	+
			1000	1,0	1,0	+	+	+	+
			50,0	1,0	0,1	+	+	+	+

Ознакомиться с содержанием экспериментальной части лабораторной работы, с методикой измерения параметров усилительного каскада и снятия амплитудной характеристики (см.п.6), амплитудно-частотной и переходной характеристик.

Каждой бригаде подготовить к лабораторной работе заготовку чистового отчета в соответствии с п.3.3.3, а каждому студенту заготовку отчета, включающую: теоретическую часть работы (расчет параметров каскадов в трех схемах включения), методику выполнения экспериментальной части (блок-схему экспериментов) и заготовки таблиц и графиков в соответствии с п.7.

Подготовиться к ответам на вопросы для самопроверки (см. п.8).

Студенты, не выполнившие домашнее задание и не готовые к экспериментальной части лабораторной работы не допускаются.

Экспериментальная часть лабораторной работы (выполняется в лаборатории)

Собрать схему усилительного каскада на плате с помощью набора перемычек и выбранных деталей (при ). Подключить измерительные приборы и генератор. Показать схему преподавателю.

Включить стенд и выставить режим работы транзистора по постоянному току в соответствии с методикой, изложенной в (п. 6.1)

().

Оценить величину амплитуды напряжения генератора и входного сигнала , соответствующего верхней границе линейного участка амплитудной характеристики (п.6.2).

Снять сквозную амплитудную характеристику и амплитудную характеристику усилительного каскада (п.6.3).

Измерить сквозной коэффициент усиления и коэффициент усиления каскада

при (п.6.4).

Измерить входное сопротивление (п.6.5).

Снять амплитудно-частотную характеристику усилительного каскада для сквозного коэффициента усиления в пределах неравномерности усиления

-20 дБ при , = 50,0 Ом, = 0,1 мкФ и = = 1,0 нФ.

Измерить при , = 0,1 мкФ, = = 1,0 нФ.

Измерить при , = 1,0 мкФ, = 1,0 нФ, = 50,0 Ом.

Измерить при , = 0,1 мкФ, = 1,0 нФ, = 1000.0 Ом.

Снять сквозную переходную характеристику и измерить время нарастания tнар усилительного каскада при

и ; = 0,1 мкФ

= 1,0 мкФ; = 1,0 нФ и = 0.

Измерить сквозной коэффициент усиления , и коэффициент усиления каскада

, ,

при изменении режима работы транзистора по постоянному току (положения рабочей точки) при

и при и (п.6.6).

Обработка результатов лабораторной работы

Оформление отчета

Отчет должен содержать:

Титульный лист (см. прил. 4).

Формулировку цели работы.

Исходные сведения.

Принципиальные схемы измерительных установок и исследуемых устройств (схема с ОЭ) с указанием величины элементов.

Расчетное задание (расчетные формулы, подстановка в них числовых величин и результаты расчета, сведенные в таблицу).

Результаты экспериментальной части: схема измерительной установки, результаты измерения

K0, KЕ, Rвх, , , , , ,

сведенные в табл.6, амплитудные характеристики усилительного каскада, графики экспериментально снятых зависимостей

, hE (t)

Оценить погрешность экспериментального определения граничной частоты .

Выводы по работе (анализ полученных результатов), которые должны содержать:

пояснение зависимости и от схемы включения транзистора, емкости нагрузки и величины ,

сравнение результатов расчета и эксперимента,

формулировку гипотезы относительно причины расхождения теоретических и экспериментальных результатов.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И ХАРАКТЕРИСТИК ТИПОВЫХ УСИЛИТЕЛЬНЫХ КАСКАДОВ НА БИПОЛЯРНОМ ТРАНЗИСТОРЕ В СХЕМАХ С ОБЩЕЙ БАЗОЙ (ОБ) И ОБЩИМ КОЛЛЕКТОРОМ (ОК)

Цель работы:

Исследование параметров и характеристик типовых усилительных каскадов в схемах с общей базой (ОБ) и общим коллектором (ОК) при различных нагрузках.

Расчетная часть лабораторной работы (выполняется при подготовке к работе)

Изучить теорию усилительного каскада, используя настоящие методические рекомендации и литературу [1, 2, 3, 4].

Составить принципиальные схемы усилительных каскадов на биполярном транзисторе в схемах с ОБ и ОК с учетом реализации их на плате «Усилительный каскад».

Провести расчет основных параметров усилительных каскадов в схемах с ОБ и ОК () с учетом выбранных по номеру лабораторного стенда величин (см. табл.1) и режима работы транзистора по постоянному току.

Расчет провести при двух сопротивлениях нагрузки (), = = 50 Ом и напряжениях на коллекторе транзистора, равных

;

Рассчитать величины граничных частот (на уровне М = - 3 дБ) и время нарастания выходного сигнала каскадов (см.пп.5.2.2, 5.2.3) для условий, указанных в табл. 4.

Таблица 4

Параметр Схема включения		RГ, Ом	СН, нФ	, мкФ	KE	FВ	FН	tнар
ОБ		50,0	0	0.1	+	+	+	+
		50,0	1,0	1,0	+	+	+	+
		50,0	1,0	0,1	+	+	+	+
		1000	1,0	0,1	+	+	+	+
		1000	0	0,1	+	+	+	+
		1000	1,0	1,0	+	+	+	+
		50,0	1,0	0,1	+	+	+	+
ОК		50,0	0	0,1	+	+	+	+
		50,0	1,0	1,0	+	+	+	+
		50,0	1,0	0,1	+	+	+	+
		1000	1,0	0,1	+	+	+	+
		1000	0	0,1	+	+	+	+
		1000	1,0	1,0	+	+	+	+
		50,0	1,0	0,1	+	+	+	+

Ознакомиться с содержанием экспериментальной части лабораторной работы, с методикой измерения параметров усилительного каскада и снятия амплитудной характеристики (см.п.6), амплитудно-частотной и переходной характеристик.

Каждой бригаде подготовить к лабораторной работе заготовку чистового отчета в соответствии с п.4.3.3, а каждому студенту - заготовку отчета, включающую: теоретическую часть работы (расчет параметров каскадов в трех схемах включения), методику выполнения экспериментальной части (блок-схему экспериментов) и заготовки таблиц и графиков в соответствии с п.7.

Подготовиться к ответам на вопросы для самопроверки (см. п.8).

Экспериментальная часть лабораторной работы (выполняется в лаборатории)

Исследование усилительного каскада на транзисторе по схеме с ОБ

Собрать схему усилительного каскада в схеме с ОБ на плате. Подключить измерительные приборы и генератор ().

Включить стенд и выставить режим работы транзистора по постоянному току () (п.6.1).

Оценить величины и , (п.6.2).

Измерить и при и (п.6.4).

Снять амплитудно-частотную характеристику усилительного каскада для сквозного коэффициента усиления в пределах неравномерности усиления

-20 дБ при , = 50,0 Ом,

= 0,1 мкФ и = 1,0 нФ.

Снять сквозную переходную характеристику и измерить время нарастания tнар усилительного каскада при

; = 0,1 мкФ и == 1,0 мкФ; = 1,0 нФ и = 0.

Измерить (п.6.5).

Исследование усилительного каскада на транзисторе по схеме с ОК

Собрать схему усилительного каскада в схеме с ОК на плате. Подключить измерительные приборы и генератор ().

Включить стенд и выставить режим работы транзистора по постоянному току

(п.6.1).

Оценить величины и (п.6.2).

Измерить и при и (п.6.4).

Снять амплитудно-частотную характеристику и измерить граничные частоты усилительного каскада для сквозного коэффициента усиления в пределах неравномерности усиления

-20 дБ при , = 50,0 Ом,

= 0,1 мкФ и = = 1,0 нФ.

Снять сквозную переходную характеристику и измерить время нарастания tнар усилительного каскада при

= 0,1 мкФ и = = 1,0 мкФ; = 1,0 нФ и = 0.

Измерить (п.6.5).

Обработка результатов лабораторной работы

Занесение полученных результатов расчета и экспериментов в табл. 5.

Таблица 5

Параметр Схема включения	, Ом	UK, В	RГ, Ом	СН, нФ	, мкФ	K0	KE	RВХ,Ом	RВХ, Ом	UВХ MAX, В	ЕГ MAX, B	FВ	FН	tнар
						р	э	р	э	р	э	р	э	э	р	э	р	э	р	э
ОБ			50	0	0,1
			50	1	0,1
			50	1	1
			1000	0	0,1
			1000	1	0,1
			1000	1	1
			50	1	0,1
ОК			50	0	0,1
			50	1	0,1
			50	1	1
			1000	0	0,1
			1000	1	0,1
			1000	1	1
			50	1	0,1

где р - расчетное значение,

э - экспериментальное значение,

+ - вычисляемый или измеряемый параметр.

Проведение анализа степени соответствия результатов расчета и эксперимента

Строятся гипотезы и делаются выводы о причинах их расхождения.

При анализе степени соответствия результатов эксперимента и расчета оценить точность измерения параметров усилительного каскада.

Оформление отчета

Отчет должен содержать:

Титульный лист (см. прил. 3).

Формулировку цели работы.

Исходные сведения.

Принципиальные схемы измерительных установок и исследуемых устройств (схемы с ОБ и ОК) с указанием величины элементов.

Расчетное задание (расчетные формулы, подстановка в них числовых величин и результаты расчета, сведенные в таблицу).

Результаты экспериментальной части:

схема измерительной установки,

результаты измерения K0, KЕ, RВХ, , , , , , сведенные в табл. 5,

амплитудные характеристики усилительного каскада.

графики экспериментально снятых зависимостей , hE (t) .

Оценить погрешность экспериментального определения граничной частоты .

Выводы по работе (анализ полученных результатов), которые должны содержать:

пояснение зависимости и от схемы включения транзистора, емкости нагрузки и величины ,

сравнение результатов расчета и эксперимента,

формулировку гипотезы относительно причины расхождения теоретических и экспериментальных результатов.

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПОДГОТОВКЕ К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ № 1, 2

Принципиальная схема исследуемого усилительного каскада в схеме с ОЭ приведена на рис. 3.

Рис. 3. Принципиальная схема исследуемого усилителя

На рис. 4 приведены рекомендуемые схемы соединений элементов усилительного каскада при трех схемах включения биполярного транзистора (ОЭ, ОБ, ОК).



Рис. 4. Схемы соединений элементов усилительного каскада при трех способах включения транзистора (а - ОЭ, б - ОБ, в - ОК)

Методические рекомендации по расчету усилительного каскада в области средних частот

На рис. 5 приведена полная эквивалентная схема исследуемого усилительного каскада в области средних частот (входная и выходная цепи).

Приведем соотношения для основных параметров усилительного каскада.



Рис. 5. Полная эквивалентная схема исследуемого усилительного каскада в области средних частот (входная и выходная цепи)

Схема с ОЭ

Коэффициент усиления каскада по напряжению

,

где

- крутизна транзистора в рабочей точке (схема ОЭ),

- эквивалентная проводимость выходной цепи каскада,

R0 = Ri ||Rк||Rн - сопротивление выходной цепи,

- выходная проводимость (сопротивление) транзистора,

- проводимость (сопротивление) коллекторной нагрузки,

- проводимость (сопротивление) нагрузки.

Сквозной коэффициент усиления каскада по напряжению

,

где

- коэффициент передачи входной цепи,

- проводимость (сопротивление) источника сигнала,

- эквивалентная проводимость (сопротивление) входной цепи,

- проводимость (сопротивление) цепи питания базы транзистора,

- входная проводимость (сопротивление) транзистора,

.

Входное сопротивление усилительного каскада

,

,

где - распределенное сопротивление базы транзистора,

- дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода,

- коэффициент усиления транзистора по току в схеме с ОЭ.

Выходное сопротивление усилительного каскада

.

Схема с ОБ

Коэффициент усиления каскада по напряжению

.

Сквозной коэффициент усиления каскада по напряжению

.

Входное сопротивление усилительного каскада

.

Выходное сопротивление усилительного каскада

.

Схема с ОК

Коэффициент усиления каскада по напряжению

,

где

- эквивалентное сопротивление выходной цепи усилительного каскада.

Сквозной коэффициент усиления каскада по напряжению

,

где .

Входное сопротивление усилительного каскада

,

где .

Выходное сопротивление усилительного каскада

.

Рекомендуемые расчетные соотношения. В табл. 6 приведены рекомендуемые расчетные соотношения для вычисления, полученные из параметров эквивалентной схемы биполярного транзистора на средних частотах. При упрощении было учтено, что для схем с ОЭ и ОБ практически всегда выполняются следующие соотношения:

, т.к. .

Таблица 6

№	Параметр	Включение транзистора
		ОЭ	ОБ	ОК
1
2
3
4

Для транзистора КТ312Б рекомендуется выбирать следующие значения параметров:

=150 Ом; (мА)

( - ток эмиттера транзистора в рабочей точке);

= 50

- средний коэффициент усиления транзистора по току в схеме с ОЭ.

Основные параметры транзистора КТ312Б приведены в прил.2.

Методические рекомендации по расчету усилительного каскада в области верхних и нижних частот

Цель расчета - установить зависимость параметров сквозной частотной характеристики каскада от величины элементов схемы.

Методика расчета основана на составлении эквивалентных схем входной цепи и выходной цепи каскада и суммировании искажений, возникающих в них.

Часть расчетных формул упрощена (путем пренебрежения элементами, оказывающими незначительное влияние на рассчитываемую величину). Точность всех расчетных соотношений не хуже 10%.

Транзистор представлен схемой замещения в системе Y-параметров, выражения для которых получены из физической эквивалентной П-образной схемы транзистора (схемы Джиаколетто).

Параметры транзистора определять в соответствии с прил.1.

Усилительный каскад в схеме с ОЭ

Эквивалентные схемы исследуемого каскада представлены на рис. 6, 7.

Рис. 6. Полная эквивалентная схема исследуемого усилителя (входная и выходная цепи)

Эквивалентной называется схема, обладающая теми же свойствами (в рамках решаемой задачи), что и исходная принципиальная схема, но более пригодная для анализа. При переходе к эквивалентной схеме:

генератор Г3-112 представлен элементами и ,

измерительные приборы (осциллограф С1-93 и вольтметр В7-26) представлены их суммарной эквивалентной проводимостью и емкостью ,

транзистор представлен линейной схемой замещения - зависимым источником тока , эквивалентными входными и выходными проводимостями и емкостями ,

во выходной цепи учтена паразитная емкость монтажа ( = = 10...20 пФ).

Упростим полную эквивалентную схему.

Рис. 7. Упрощенная эквивалентная схема усилителя (входная и выходная цепи)

При упрощении эквивалентной схемы учтем следующее:

исключим элементы, оказывающие пренебрежимо малое влияние на частотную характеристику ввиду малости их проводимости () при параллельном включении в схему,

пренебрежем малым влиянием внутренней обратной связи в транзисторе на его входную проводимость и примем

,

объединим параллельно включенные емкости в одну эквивалентную емкость

.

В лабораторной работе исследуется амплитудно-частотная и переходная характеристики усилительных каскадов.

Основные выражения для расчета:

Граничная частота усилительного каскада в области нижних частот определяется влиянием емкости выходной цепи

,

где .

Нормированная частотная характеристика выходной цепи усилительного каскада в области нижних частот

.

Граничная частота входной цепи каскада в области нижних частот

,

где .

Нижняя граничная частота сквозного коэффициента усиления

,

где

- эквивалентная постоянная времени усилителя в области нижних частот.

Граничная частота выходной цепи усилительного каскада в области верхних частот

,

где

- постоянная времени усилительного каскада в области верхних частот;

- собственная постоянная времени транзистора (учитывающая зависимость S())



- постоянная времени, обусловленная влиянием нагрузки;

- эквивалентная проводимость нагрузки транзистора.

Нормированная частотная характеристика выходной цепи каскада в области верхних частот

.

Постоянная времени входной цепи в области верхних частот

,

где - входная динамическая емкость транзистора;

- сумма проводимостей генератора сигнала и входной проводимости транзистора.

Верхняя граничная частота сквозного коэффициента усиления определяется и входной, и выходной цепями усилителя

,

где

- эквивалентная постоянная времени сквозной цепи усилителя в области верхних частот (в пределах полосы пропускания).

Время нарастания выходного сигнала

.

Усилительный каскад в схеме с ОБ

Граничная частота выходной цепи усилительного каскада в области нижних частот (как и в схеме с ОЭ).

Граничная частота входной цепи каскада в области нижних частот

,

где ,

- входная проводимость транзистора в схеме с ОБ.

Нижняя граничная частота сквозного коэффициента усиления - как и в схеме с ОЭ.

Постоянная времени входной цепи в области верхних частот

,

где - та же, что и в схеме с ОЭ;

;

- входная проводимость транзистора в схеме с ОБ.

Постоянная времени сквозной цепи

,

где - та же, что и в схеме с ОЭ.

Верхняя граничная частота сквозного коэффициента усиления

,

где - та же, что и в схеме с ОЭ.

Время нарастания выходного сигнала

.

Усилительный каскад в схеме с ОК

Граничная частота выходной цепи усилительного каскада в области нижних частот

,

где .

Граничная частота входной цепи каскада в области нижних частот

,

где .

Нижняя граничная частота сквозного коэффициента усиления

,

где .

Постоянная времени входной цепи в области верхних частот

,

где .

Постоянная времени выходной цепи в области верхних частот

.

Постоянная времени сквозной цепи

,

где - та же, что и в схеме с ОЭ.

Верхняя граничная частота сквозного коэффициента усиления

.

Время нарастания выходного сигнала

.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ЧАСТИ РАБОТ № 1, 2

Установка режима работы транзистора по постоянному току

Изменяя величину сопротивления , установить постоянное напряжение на коллекторе транзистора равным половине напряжения источника питания

В

Измерения проводить вольтметром В7-26 в режиме «U=« или осциллографом С1-93, используя режим открытого входа.

При включении транзистора по схеме с ОК аналогично выставляется потенциал на эмиттер, равный

В.

Оценка величины амплитуды максимального напряжения

генератораи максимального входного напряжения

Схема измерения приведена на рис.8.

На вход усилительного каскада с генератора Г3-112 подать синусоидальный сигнал в области средних частот (f = 10 кГц). Входной сигнал наблюдать на экране осциллографа С1-93. При увеличении амплитуды напряжения генератора зафиксировать, когда появляются заметные искажения синусоидальной формы выходного сигнала. Амплитуду сигнала генератора измерять при отключенном входе усилительного каскада.

Снятие сквозной амплитудной характеристики и амплитудной характеристики усилительного каскада

При снятии сквозной амплитудной характеристики и амплитудной характеристики каскада измеряются амплитуды напряжения генератора, входного и выходного напряжения каскада при изменении амплитуды напряжения генератора от нуля до

= (5 - 10).

Амплитуду сигнала генератора и выходного сигнала измерять вольтметром В7-26 или С1-93. Амплитуду сигнала генератора измерять при отключенном входе усилительного каскада.

Измерение сквозного коэффициента усиления и коэффициента усиления каскада по напряжению

Коэффициенты усиления и измерять на средних частотах (f = = 10 кГц) в линейном режиме работы усилителя при < 0,3 . Функциональная схема измерительной установки приведена на рис. 8.

Рис. 8. Эквивалентная схема измерения , , ,

Коэффициенты усиления и находятся следующим образом:

и .

Напряжение измерять на выходе генератора с помощью С1-93 при отключенном входе усилителя. Входное напряжение на базе транзистора и выходное напряжение на нагрузочном сопротивлении измерять вольтметром или осциллографом.

Измерение входного сопротивления усилительного каскада

Схема с ОЭ

Эквивалентная схема установки для измерения приведена на рис.9.

Оценить величину входного сопротивления, используя следующее соотношение

,

где = 50 Ом, = 1кОм.

Схема с ОК

Для измерения в схеме с ОК необходимо включить добавочное сопротивление = 20…50 кОм.

Рис. 9. Эквивалентная схема для измерения

Входное сопротивление определить, используя следующее соотношение:

,

где = 50 Ом.

Измерение и при изменении положения рабочей точки транзистора

Исследование влияния положения рабочей точки транзистора на и производится путем изменения постоянного тока коллектора. С помощью потенциометра выставляются напряжения на коллекторе транзистора, равные

и .

При = 0,1и =

измеряются и согласно методике, приведенной в п.6.4.

Снятие амплитудно-частотной характеристики

Для снятия амплитудно-частотной характеристики сквозного коэффициента усиления K(f) к входу усилителя подключается генератор сигналов (Г3-112), а к выходу - осциллограф (С1-93) и вольтметр В7-26) (рис. 8).

Снятие амплитудно-частотной характеристики заключается в измерении значений при различных значениях частоты. Для удобства вычислений K(f) ЭДС входного сигнала обычно поддерживается постоянной. Величина входного сигнала устанавливается такой, чтобы усилитель работал в линейном режиме.

Последовательность снятия амплитудно-частотной характеристики следующая:

а) определить область средних частот (в пределах которой K(f) = const) и измерить ,

б) определить граничные частоты характеристики

 (на уровне = - 3 дБ) и (на уровне = - 20 дБ),

в) снять нормированную амплитудно-частотную характеристику

в области нижних и верхних частот. Измерить частоты, на которых

0,1; 0,3; 0,5; 0,7; 0,8.

Снятие сквозной переходной характеристики

Для снятия сквозной переходной характеристики используется также генератор сигналов Г-112 (рис.8). При этом устанавливается частота сигнала f 10 кГц, а генератор переводится в режим «меандр». Усилительный каскад работает в линейном режиме.

Зарисовать с экрана осциллографа форму выходных сигналов при Сн = 0 пФ и Сн = 1,0 нФ, = 0,1 мкФ, оценить время нарастания выходного сигнала.

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА ПО ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ № 1, 2

Титульный лист.

Введение (цель работы, метод исследования, используемая аппаратура, исходные данные).

Принципиальные схемы исследуемых каскадов с указанием подключаемых измерительных приборов.

Эквивалентные схемы, расчетные соотношения и результаты расчетов.

Сводная таблица расчетных и экспериментально определенных величин граничных частот и коэффициентов усиления.

Таблицы зависимостей (f), снятых экспериментально (лабораторная работа № 1).

Графики зависимостей

(f), (f)

(лабораторная работа № 1).

Переходные характеристики hE (t).

Оценка погрешности измерения ,.

Выводы по работе.

характеристика типовый усилительный каскад

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ № 1, 2

Нарисуйте принципиальные схемы усилительных каскадов с ОЭ, ОБ, ОК при различных схемах обеспечения стабилизации режима работы транзистора по постоянному току. Укажите достоинства и недостатки каждой из схем.

Нарисуйте физическую эквивалентную схему транзистора (схема Джиаколетто). Поясните физическое содержание элементов схемы, порядок их величин и влияние на частотные свойства транзистора.

Нарисуйте полную эквивалентную схему усилительного каскада на биполярном транзисторе, включенного по схеме с ОЭ.

Дайте определение коэффициента усиления по напряжению (сквозного и каскада), напишите и поясните выражения для их расчета.

Что называется амплитудно-частотной характеристикой?

Какой вид имеют эквивалентные схемы резисторного каскада в области средних, нижних и верхних частот?

Нарисуйте эквивалентные схемы исследуемого усилителя в области верхних частот для включения транзистора с ОЭ, ОБ, ОК. Поясните, как выразить верхнюю граничную частоту каскада через элементы схемы.

Как влияет на форму частотной характеристики каскада с ОЭ изменение величины ?

Дайте определение входного сопротивления усилителя. Укажите, как влияет на входное сопротивление каскада способ включения транзистора.

Дайте определение выходного сопротивления усилителя. Укажите, как влияет на выходное сопротивление каскада способ включения транзистора.

Дайте определение амплитудной характеристики усилителя. Укажите, как влияет на динамический диапазон усилительного каскада способ включения транзистора.

Укажите, как влияет на параметры каскада с ОЭ режим работы транзистора по постоянному току.

Поясните, почему каскад на транзисторе в схеме с ОК имеет лучшие частотные свойства, чем в схеме с ОБ и с ОЭ.

Поясните связь амплитудно-частотной и фазовой характеристик усилителя в области малых времен.

Чему равна верхняя граничная частота транзисторного усилителя при = 0, = 0?

Запишите выражение для частотной, фазовой и переходной характеристик интегрирующей RC-цепи и нарисуйте соответствующие характеристики.

Дайте определение площади усиления. Поясните ее зависимость от параметров нагрузки, источника сигнала и схемы включения биполярного транзистора.

Объясните методику измерения коэффициента усиления по напряжению.

Объясните методику измерения входного сопротивления усилительного каскада.

Объясните методику снятия амплитудной характеристики и измерения максимального входного напряжения.

Нарисуйте схему установки и поясните методику снятия амплитудно-частотной характеристики.

Нарисуйте схему установки и поясните методику снятия переходной характеристики.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Войшвилло Г.В. Усилительные устройства. М.: Радио и связь, 1983. 264 с.

Гадзиковский В.И. Модели усилительных схем и их анализ. Свердловск: Изд. УПИ, 1980. 104 с.

Мамонкин И.С. Усилительные устройства. М.: Связь, 1977. 359 с.

Ногин В.Н. Аналоговые электронные устройства. М.: Радио и связь, 1990.

Остапенко Г.С. Усилительные устройства. М.: Радио и связь, 1989. 400 с.

Павлов В.Н., Ногин В.Н. Схемотехника аналоговых электронных устройств. М.: Радио и связь, 1997. 320 с.

Проектирование усилительных устройств: Учебное пособие / Под ред. М.В. Терпугова. М.: Высшая школа, 1982. 190 с.

Титце Ч., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: Справочное руководство. Пер. с нем./ Под ред. А.Г. Алексенко. М.: Мир, 1980. 512 с.

Усилительные устройства. Сборник задач и упражнений: Учеб. пособие для вузов/ А.Г. Алексеев, Н.В. Войшвилло, И.А. Трискало; Под ред. Г.В. Войшвилло. М.: Радио и связь, 1986. 160 с.

Цыкин Г.С. Усилительные устройства. М.: Связь, 1982.

Размещено на Allbest.ru

...