5. Снять семейство выходных характеристик транзистора при трех значениях тока базы. Значения токов I_Б, при которых снимаются выходные характеристики, определить так, чтобы наибольшее значение I_Б соответствовало значению I_К, близкому к 0,8I_К.доп., а наименьшее значение - значению 0,4I_К.доп.. Третье значение I_Б выбрать среднее между ними (следует помнить, что ток базы и ток коллектора связаны следующим соотношением I_б = I_к / h_21э).

6. По экспериментальным данным построить характеристики.

7. Определить h-параметры транзистора в схеме с ОЭ. Параметры h_22э и h_21э определяют по выходным, а h_11э и h_12э - по входным характеристикам.

1) Определение выходной проводимости транзистора в схеме с ОЭ h_22э.

На линейном участке выходных характеристик транзистора, полученных экспериментально в схеме ОЭ, выбрать рабочую точку А (т.е. задать I_бп и U_кэп), в которой требуется найти h-параметры (рис. 2).



Рис. 2. Выходные характеристики транзистора

Далее при постоянном токе базы I_бп задать приращение и найти получающееся при этом приращение тока коллектора . Выходная проводимость транзистора h_22Э вычисляется по формуле:

,

2) Определение коэффициента передачи тока в схеме ОЭ h_21э.

По выходным характеристикам схемы ОЭ (рис. 2) при постоянном напряжении на коллекторе (U_КЭП=const), определить приращение тока коллектора , переходя вдоль вертикальной оси с характеристики с базовым током I_Б1, до другой -с базовым током I_Б3. Коэффициент передачи тока h_21Э вычисляется по формуле:

.

3) Определение входного сопротивления в схеме с ОЭ h_11э.

На входных, характеристиках транзистора с ОЭ (рис. 3), полученных экспериментально, выбрать рабочую точку А, ту же, что и при определении параметра h_22Э.

Задать приращение тока базы () при постоянном напряжении на коллекторе и найти получившееся при этом приращение напряжения базы (). Входное сопротивление h_11э определяется по формуле:

.

4) Определение коэффициента обратной связи по напряжению h_12э.

По входным характеристикам в той же рабочей точке А при постоянном токе базы задать приращение напряжения «коллектор - эмиттер» () (перейти на соседнюю характеристику) (рис.3.). Определить получающееся при этом изменение напряжения «база - эмиттер» ().

Коэффициент обратной связи по напряжению h_12э находится по формуле:

.

Для маломощных низкочастотных транзисторов, работающих в активном режиме в схеме с ОЭ, значения h-параметров лежат в пределах:

h11э = 10²...10³ Ом; h_12э = 10 ^-4...10 ^-3;

h_21э = 10...100 ;h_22э = 10 ^-5...10 ^-4 Ом ^-1.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ОДНОКАСКАДНОГО УСИЛИТЕЛЯ С ОБЩИМ ЭМИТТЕРОМ

Цель работы: изучить основные свойства, характеристики и параметры одиночного усилительного каскада, построенного на биполярном транзисторе, включенном по схеме с ОЭ. Научиться снимать амплитудную и амплитудно-частотную характеристики.

Описание лабораторной установки

Исследование усилителя ОЭ (рис. 4) проводится с помощью лабораторной установки 87Л-О1.



Питание схемы осуществляется от источника питания ГН2. Входной сигнал подается с генератора низкой частоты (ГНЧ). Регулирование частоты осуществляется ручкой «Частота» ГНЧ, амплитуды - ручкой «Амплитуда» ГНЧ. В качестве усилительного элемента используется биполярный транзистор МП40 или МП39.

Измерение входного и выходного напряжений усилительного каскада производится с помощью электронного осциллографа CI-73.

Навесные элементы:

R1 = 33 кОм;	C1 = 20 мкФ;
R2 = 3 кОм;	С2 = 20 мкФ;
R3 = 5,1 кОм;	С3 = 20 мкФ;
R4 = 820 Ом;	С4 (не используется);
R5 = 5,1 кОм.

Порядок выполнения работы

1. Собрать схему в соответствии с рис. 4. Подключить источник питания ГН2. Включить тумблер сеть, установить напряжение питания Е_С = 15 В.

2. Исследовать режим работы усилителя по постоянному току. Снять зависимость напряжения на коллекторе U_кэп от величины сопротивления R₂ (взять 4 - 5 значений сопротивления от 1 до 15 кОм.). На выходных характеристиках построить линию нагрузки и нанести на нее полученные значения напряжения U _кэп.

3. Исследовать режим работы усилителя по переменному току. Используя результаты эксперимента (п. 2), выбрать такое значение R₂, при котором .

4. Снять амплитудную характеристику при R₅ = и R₅ = R₃. Для этого подать на вход усилителя с ГНЧ сигнал частотой 1 кГц. Изменяя амплитуду входного сигнала, снять 5 - 6 точек зависимости U_вых f(U_вх).

Повторить эксперимент для другого значения R₅. Построить график , определить динамический диапазон входных напряжений.

5. Снять нагрузочную характеристику . Для этого взять несколько значений R₅ от 2 до 20 кОм при . Вычислить К_u для каждого значения R₅, построить график.

6. Снять амплитудно-частотную, характеристику (АЧХ) усилителя при R₅ = R₃, на частоте 1 кГц.

7. Результаты занести в таблицу:

, Гц	20	100	200	103	2103	5103	104	5104	105
Uвых, В
Ku

8. Построить АЧХ и определить полосу пропускания усилителя (U_вх)

U_вх =_____________В.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 3. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО УСИЛИТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Цель работы: ознакомиться с особенностями работы, основными характеристиками и параметрами дифференциального усилителя постоянного тока, являющегося основным при построении широкого класса интегральных операционных усилителей.

Описание лабораторной установки

В исследуемой схеме (рис. 5) два одинаковых транзистора Т₁ и Т₂ образуют два плеча моста, два других плеча представлены одинаковыми резисторами R₃ и R₈.

Питание схемы осуществляется от источника питания ГН2 (0,5 - 15 В). Входной сигнал подается от генератора низкой частоты (ГНЧ) через делитель 1 : 10.

Для измерения напряжения источника питания и амплитуды входного сигнала служит осциллограф.

Плавное регулирование частоты осуществляется ручкой «частота» ГНЧ.

Выходное напряжение измеряется осциллографом.

Навесные элементы: транзисторы МП - 39 или МП - 40

R1 = R9 = 12 кОм;	R2 = R10 = 3 кОм,
R3 = R8 = 10 кОм;	R7 = 2,4 кОм;
R4 = 22 кОм (переменный);	R5 = 1 кОм (переменный);
R6 = 470 Ом (переменный).

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с работой дифференциального УПТ и описанием лабораторной установки.

2. Подготовить установку к работе: съемные элементы установить на панели, подключить к схеме источник питания ГН2 (гнезда - Е1 и ), соединить гнезда +Е2 и . Включить тумблер «Сеть». Установить напряжение питания Е1 = 15 В.

3. Произвести балансировку схемы: гнезда 1 и 4 закоротить, выход схемы (гнезда 2 и 3) подключить к измерительному прибору АВМ2; изменяя значения сопротивлений R₄, R₅, R₆, добиться нулевого показания измерительного прибора (вольтметра).

4. Подготовить схему для снятия характеристик УПТ: подключить источник входного сигнала (ГНЧ) к входу усилителя (гнезда 1 и 4), выход схемы (гнезда 2 и 3) подключить к осциллографу.



Снять амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) усилителя , при таком значении напряжения на входе (U_вх), которое на выходе не приводит к искажениям. Результаты занести в таблицу:

, Гц	20	100	200	103	2103	5103	104	5104	105
Uвых, В
KU

5. Построить АЧХ и определить полосу пропускания усилителя.

U_вх =_____________В

6. Снять и построить амплитудную характеристику УПТ при подаче на вход дифференциального сигнала на частоте f = 1 000 Гц (5 - 6 точек). Определить К_Uд.

7. Произвести балансировку усилителя (см. пункт 3).

8. Подать синфазный сигнал на входы УПТ (рис. 6) и снять зависимость . Напряжение U_вых1 снимается с выхода 2 относительно , a напряжение U_вых2 - с выхода 3 относительно . Определить К_Uс.

9. Определить коэффициент ослабления синфазного сигнала по формуле:

.

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

Вариант задания соответствует сумме двух последних цифр учебного шифра студенческого билета.

Перед выполнением контрольной работы необходимо изучить теоретический материал.

Ответы на теоретические вопросы должны быть ясными, сформулированными самостоятельно. В процессе расчета каждого параметра необходимо сначала привести его расчетную формулу, затем подставить числовые значения и записать ответ, указывая единицы полученной величины. При расчетах сопротивлений резисторов или емкостей конденсаторов необходимо полученные значения округлять до ближайших стандартных значений. Схемы и графики выполняются карандашом с использованием чертежных инструментов в соответствии с принятыми стандартными требованиями.

Задание

Выполнить расчет усилительного каскада с общим эмиттером.



Исходные данные для расчёта:

1. напряжение на выходе каскада ;

2. сопротивление нагрузки ;

3. нижняя граничная частота ;

4. допустимое значение коэффициента частотных искажений каскада в области низких частот .

Объяснить:

1) назначение элементов и принцип работы усилителя на транзисторе, включенного по схеме с ОЭ;

2) причины нестабильности параметров транзисторных усилителей.

Определить:

сопротивление коллекторной нагрузки ;

сопротивление в цепи эмиттера ;

напряжение источника питания ;

тип транзистора;

режим работы транзистора;

сопротивления делителя напряжения и , стабилизирующие режим работы транзистора;

коэффициент усиления каскада по напряжению ;

коэффициент усиления каскада по току ;

коэффициент усиления каскада по мощности ;

входное и выходное сопротивления;

ёмкости разделительных конденсаторов и ;

ёмкость конденсатора в цепи эмиттера .

ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЙ

Вариант	, В	, Ом	, Гц
1	3,0	600	100	1,28
2	2,0	400	110	1,25
3	2,5	250	120	1,30
4	2,7	500	130	1,40
5	2,2	260	140	1,35
6	3,6	650	150	1,32
7	3,4	500	200	1,36
8	3,8	620	140	1,41
9	2,9	360	120	1,35
10	2,8	400	110	1,34
11	2,4	450	170	1,28
12	1,9	300	150	1,40
13	2,5	700	140	1,35
14	3,0	400	200	1,25
15	1,7	280	150	1,30
16	2,0	340	200	1,40
17	2,6	410	120	1,27
18	3,7	520	140	1,41
19	3,2	680	170	1,37

Последовательность расчета усилителя

1. Выбирается сопротивление из следующих соображений. Коэффициент каскада прямо пропорционален . Основным требованием к усилителю напряжения является обеспечение высоких коэффициентов усиления, с этой точки зрения необходимо выбирать много больше . С другой стороны, от значения зависит требуемое напряжение питания каскада (). Уравнение выходной цепи каскада по постоянному току имеет вид:

. (1)

Из выражения (1) видно, что увеличение ведет к увеличению требуемого , поэтому выбирается из условия:

= (3…5) .

2. Определяется амплитуда переменной составляющей тока коллектора:

.

3. Задаются координаты точки покоя выходной цепи транзистора. Они должны удовлетворять условиям:

;

.

Для определения принимают = I…2 В; определяют из условия: = (1,1…1,2). Для транзисторов малой мощности, рекомендуется задавать не менее 1мА, чтобы точка покоя базовой цепи не располагалась на нелинейном участке входной ВАХ. Если расчетное значение не удовлетворяет последнему условию, принимают = 1 мА.

4. Определяется каскада. Падение напряжения на сопротивлении для обеспечения высокой температурной стабильности режима покоя выбирается из условия = (0,1….0,3) . Подставляя в формулу (1), получим выражение для расчета :

,

округлить до большего целого числа.

5. Выбирается по справочнику транзистор из условий:

;

;

.

6. Определяется ток _.В справочной литературе приводится, как правило, диапазон изменения параметра транзистора. При расчете берется среднее значение . Для по входной ВАХ, соответствующей , определяется напряжение . Точка покоя входной цепи транзистора должна располагаться на линейном участке ВАХ, в противном случае нужно увеличить и повторить расчет. При этом параметры выбранного транзистора могут перестать отвечать условиям (п. 5), в этом случае необходимо выбрать транзистор другого типа.

7. Задается ток делителя = (2…5), рассчитываются сопротивления , и по формулам:

= ;

= ;

.

Напряжения в формулы берутся по абсолютной величине.

8. Производится расчет каскада по переменному току.

В схеме замещения каскада по переменному току в области средних частот не учтено наличие в транзисторе внутренней обратной связи (описываемой параметром транзистора), т.к. напряжение ОС, действующее на входе каскада много меньше . Сопротивления входного делителя и представлены в схеме замещения сопротивлением = =||.

По схеме замещения определяются параметры каскада по переменному току:

= = || ;

= || .

(сопротивление относительно выходных зажимов при отключенном );

= ;

= = .

Для правильно рассчитанного каскада значение должно составлять (0,7...0,85) . Коэффициент усиления должен быть много больше единицы. Ззначение каскадов с ОЭ определяется значением параметра транзистора и соотношением между и значением параметра транзистора, и может составлять (10²…10³) и выше при использовании транзисторов с большим коэффициентом передачи тока базы.

9. Определяется необходимое для управления каскадом амплитудное значение входного напряжения:

.

Весь размах должен укладываться на линейном участке входной ВАХ, иначе сигнал будет усилен с большими нелинейными искажениями. Искажения могут возникнуть, если при изменении от до = - рабочая точка входной цепи транзистора выходит за границу линейного участка входной ВАХ. На входной ВАХ находят точку, соответствующую . Если точка располагается на нелинейном участке входной ВАХ, необходимо увеличить и повторить расчет, начиная с пункта 4.

Последовательность Расчета усилителя в области низких частот

Целью расчета является определение значение элементов схемы, наличие которых приводит к появлению частотных искажений усиливаемого сигнала в низкочастотной области (НЧ-область).

Такими элементами являются:

а) входной разделительный конденсатор ;.

б) выходной разделительный конденсатор ;

в) конденсатор в цепи эмиттера.

Коэффициент частотных искажений, вносимых усилителем на нижней рабочей частоте () определяется по формуле:

,

где - коэффициент частотных искажений, вносимых i-м элементом схемы; n - число элементов схемы, вносящих частотные искажения в НЧ-области .

1. Коэффициент частотных искажений () распределяется равномерно между всеми искомыми элементами схемы, определяется коэффициент частотных искажений (), выделяемый на каждый элемент, по формуле:

 = .

2. Определяются значения элементов схемы:

ь Емкость входного разделительного конденсатора:

,

где - входное сопротивление каскада на средних частотах; - внутреннее сопротивление источника входного сигнала. Принять = .

ь Емкость выходного разделительного конденсатора:

,

где - выходное сопротивление каскада на средних частотах.

ь Емкость конденсатора () в цепи эмиттера транзистора:

,

где .

Если в результате расчетов значения некоторых элементов получатся большими (это, в первую очередь, относится к значениям емкостей конденсаторов ) производят перераспределение . При этом увеличивают допустимый для элементов с большим расчетным значением за счет уменьшения других элементов. После перераспределения производится повторный расчет.

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЕ ВОПРОСЫ

1. Собственные и примесные полупроводники, их проводимость. Дрейф и диффузия носителей заряда.

2. Образование p-n-перехода. Процессы в p-n-переходе при подаче внешнего напряжения.

3. Вольт-амперная характеристика (ВАХ) p-n-перехода. Пробой перехода. Виды пробоя.

4. Разновидности полупроводниковых диодов. Принцип действия, основные параметры и характеристики выпрямительных диодов и стабилитронов.

5. Емкости p-n-перехода. Варикап

6. Биполярные транзисторы (БТ): устройство, принцип действия, режимы работы.

7. Схемы включения БТ, основные статические характеристики и параметры в схеме с общим эмиттером (ОЭ), влияние температуры.

8. Биполярные транзисторы как линейный четырехполюсник. Система h-параметров, схема замещения транзистора в h-параметрах. Определение h-параметров по характеристикам транзистора.

9. Полевые транзисторы с управляющим p-n-переходом: устройство, принцип действия, основные характеристики, параметры, схема замещения, влияние температуры.

10. Полевые транзисторы с изолированным затвором (МДП-транзисторы): устройство, принцип действия и характеристики МДП-транзисторов с индуцированным и встроенным каналом.

11. Тиристоры: устройство, принцип действия, характеристики, параметры, способы выключения.

12. Усилители. Их основные параметры и характеристики.

13. Искажения сигналов в усилителях.

14. Обратные связи в усилителях.

15. Усилитель напряжения на БТ. Режим покоя, выбор рабочей точки. Классы усиления.

16. Стабилизация режимов покоя.

17. Принцип работы усилителя по схеме с ОЭ. Свойства схемы.

18. Усилитель по схеме с ОК. Свойства схемы.

19. Усилители напряжения на полевых транзисторах

20. Усилители постоянного тока (УПТ). Дрейф нуля в УПТ. Дифференциальный каскад.

21. Работа дифференциального каскада при воздействии дифференциального и синфазного входных сигналов.

22. Операционный усилитель (ОУ). Основные характеристики и параметры ОУ.

23. Инвертирующий и неинвертирующий усилители на основе ОУ.

24. Примеры включения ОУ (интегрирующие, дифференцирующие устройства, сумматоры).

25. Ключевой режим работы ОУ. Компараторы.

26. Мультивибратор на ОУ.

ЛИТЕРАТУРА

1. Лачин В.И., Савелов Н.С. Электроника. - Ростов н/Д: Феникс, 2002. - 576 с.

2. Забродин Ю.С. Промышленная электроника. - М.: Высшая школа, 1982. - 496 с.

3. Гусев В.Г., Гусев В.М. Электроника. - М.: Высшая школа, 1991. - 622 с.

4. Горбачев Г.Н., Чаплыгин Е.Е. Промышленная электроника. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 320 с.

5. Транзисторы для аппаратуры широкого применения: Справочник /Под ред. Б.Л. Перельмана. - М.: Радио и связь, 1981. - 700 с.

6. Полупроводниковые приборы, диоды, тиристоры, оптоэлектронные приборы: Справочник / Под ред. Н.Н. Горюнова. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 743 с.

7. Галкин В.И. и др. Полупроводниковые приборы: Справочник /В.И. Галкин, А.Л. Булычев, В.А. Прохоренко. - Минск: Беларусь, 1987. - 285 с.

Размещено на Allbest.ru

...