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:
EК/R4 < 0,8 IКmax; (1.1)
EК < 0,8 UКЭmax. (1.2)
Выполнение неравенства (1.1) необходимо потому, что коллекторный ток насыщенного транзистора должен быть меньше максимального допустимого тока IКmax. Коэффициент 0,8 гарантирует выполнение этого неравенства при разбросе сопротивления резистора R4 и нестабильности питания EК. 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 EК.
2 ) РТ каскада “А” выбирается в средней части рабочего участка линии нагрузки БВ и характеризуется тремя параметрами: токами IБп, IКп, напряжением UКЭп. Затем она переносится на входную ВАХ транзистора, снятую при UКЭ = UКЭп, и по найденному значению IБп определяется напряжение UБЭп (рис. 1.2,б). Изменение положения РТ обеспечивается потенциометром R1.
1.1. Особенности работы усилителя
Напряжение входного сигнала UВХ 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 (IБ) проходит в цепь базы транзистора и изменяет ток коллектора на IК и напряжение на коллекторе на UКЭ = IКR4. Входным сопротивлением каскада являются параллельно включенные резисторы базового делителя (R1 + R2), R3 и входное сопротивление транзистора h11э
RВХ = (R1 + R2)//R3//h11э. (1.3)
Обычно сопротивление резисторов R1 + R2 и R3 значительно больше входного сопротивления h11э транзистора, поэтому формулу (3) можно упростить
RВХ = h11э. (1.4)
Тогда входной ток практически весь поступает в базу транзистора
IВХ = (UВХ/RВХ) IБ, следовательно переменная составляющая тока коллектора IК = h21эIБ = h21э(UВХ/RВХ),
а напряжение на коллекторе, представляющее собой выходное напряжение,
UВЫХ = UК = IКR4 = (h21эUВХ/RВХ) R4. (1.5)
Выходное сопротивление каскада определяется параллельным соединением резистора R4 и выходного сопротивления транзистора 1/h22э
RВЫХ = R4 //(1/h22э),
где h22э – выходная проводимость транзистора в схеме с ОЭ.