Лабораторная работа № 2
Исследование параметров усилителя на биполярном транзисторе
1 Цель работы
Исследовать принцип работы усилителя на биполярном транзисторе для различных схем его включения и влияние параметров биполярного транзистора и элементов схемы на параметры усилителя.
2 Подготовка к работе
2.1 Изучить следующие вопросы курса
2.1.1 Схемы включения БТ в усилителях (ОЭ, ОБ, ОК);
2.1.2 Параметры усилителя и их отличия в различных схемах включения БТ;
2.1.3 Влияние элементов схемы на параметры усилителя;
2.1.4 Способы температурной стабилизации параметров усилителя.
2.2 Ответить на следующие контрольные вопросы
2.2.1 Перечислить и дать пояснение основным параметрам и характеристикам усилителя;
2.2.2 Привести схемы включения БТ в усилителях с ОЭ, ОБ и ОК, пояснить назначение элементов;
2.2.3 Как зависят параметры усилителя от параметров транзистора и нагрузки?
3 Литература
Игнатов А.Н., Калинин С.В., Савиных В.Л. Основы электроники, - СибГУТИ, Новосибирск, 2005, стр. 86-89.
Травин Г.А. Основы схемотехники устройств радиосвязи, радиовещания и телевидения. Новосибирск, СибГУТИ, 2001 г. Стр. 23- 63.
Алексенко А.Г., Шагурин Н.Н. Микросхемотехника, - М.: Высшая школа, 1991, стр. 378-381.
Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроника. -М. Высшая школа, 1991, стр. 215 - 225, 264 – 282.
Войшвилло Г.В. Усилительные устройства.-М.: Радио и связь, 1983, стр. 64-81.
Степаненко И.П. Основы микроэлектроники. - М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2001, с. .
Конспект лекций.
4 Задание на работу в лаборатории
4.1 В качестве активного элемента усилителя используется один из биполярных транзисторов структуры n-p-n, (тип транзистора выбирается по указанию преподавателя из приложения А).
4.2 Для определения расчетных параметров усилителя необходимо определить h-параметры транзистора. Затем сравниваются расчетные и экспериментальные данные.
Измерение h-параметров транзистора проводится по схеме, изображенной на рисунке 1.
Рисунок 1- Схема для измерения h-параметров
Измерение параметров осуществляется на переменном токе.
Входное сопротивление БТ равно
h11Э =UБЭ~ / IБ~. (1)
UБЭ~ измеряется на входе БТ вольтметром переменного тока, а входной ток IБ~ устанавливается источником переменного тока.
Коэффициент передачи по току равен
h21Э=IК~ / IБ~ (2)
Ток базы I Б~ определен выше, а выходной ток коллектора IК~ измеряется амперметром переменного тока в цепи коллектора.
4.3 Установить частоту генератора IБ~ равной 1 кГц, а его ток равным нулю. Изменяя ток источника IБ0 установить такой ток базы, чтобы постоянный ток коллектора транзистора составлял 7-8 мА. Переключить амперметр с измерения постоянного тока на переменный.
4.4 Увеличивая сигнал от генератора переменного тока IБ~ установить ток коллектора равный примерно 1 мА. Затем приборами переменного тока измерить напряжения UБЭ~ и IК~, записать их в таблицу 1. Рассчитать параметры h11Э и h21Э по формулам (1) и (2). Результаты расчета занести в таблицу 1.
Таблица 1- Параметры транзистора
IБ~, мкА |
UБЭ~, мВ |
IК~, мА |
h11Э, Ом |
h21Э |
h11Б, Ом |
h21Б |
|
|
|
|
|
|
|
4.5 Для исследования усилителя на транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером, предварительно рассчитать коэффициент усиления KU, входное и выходное сопротивления RВХ и RВЫХ, записать в таблицу 2.
, , .
4.6 Исследовать усилитель на биполярном транзисторе с общим эмиттером. Собрать схему усилителя (рисунок 2). Конденсатор С2 и резистор R3 не подключать.
Рисунок 2 – Схема усилителя при включении БТ с ОЭ
Резистор R1* задает ток базы и предварительно рассчитывается перед исследованием схемы, R2 - нагрузка, R3 - дополнительная нагрузка, используется при определении RВЫХ. Конденсаторы С1 и С2 являются разделительными.
При измерении параметров усилителя на БТ коэффициент передачи усилителя по напряжению определяется как
, (3)
где UВЫХ 1 напряжение на выходе усилителя без резистора R3.
Входное сопротивление усилителя определяется аналогично параметру h11Э по формуле
. (4)
4.7 Рассчитать величину резистора R1 так чтобы постоянное напряжение на коллекторе транзистора составляло UКЭ = 7-8 вольт.
. (5)
UБЭ=0,7 В, (величина номинала резистора выбирается из ряда Е24, приложение Б). Установить напряжение генератора G~ равным нулю. Измерить UКЭ и убедиться, что оно не выходит за выше приведенные пределы. Переключить вольтметр постоянного тока на режим переменного тока.
4.8 Установить напряжение генератора G~ такой величины, чтобы переменное напряжение на выходе усилителя составляло 1,5-2,5 В. Записать UВХ и UВЫХ 1. Определить КU ИЗМ и RВХ ИЗМ по формулам (3) и (4), записать в таблицу 2 и сравнить с расчетными параметрами (п. 4.5).
4.9 Подключить С2 и R3. Измерить UВЫХ 2 с нагрузкой (RН=R3) и по формуле , (6)
определить RВЫХ, результат занести в таблицу 2.
Таблица 2 – Параметры усилителя
Сх. вкл. БТ |
|
Примеч |
UВХ, мВ |
UВЫХ1, В |
UВЫХ 2, В |
KU |
RВХ , Ом |
RВЫХ , Ом |
ОЭ |
Расч. |
П 4.5 |
- |
- |
- |
|
|
|
|
Измер |
П. 4.8, 4.9 |
|
|
|
|
|
|
ОБ |
Расч. |
П. 4.11 |
- |
- |
- |
|
|
|
|
Измер |
П.4.13, 4.14 |
|
|
|
|
|
|
4.10 Исследовать соотношение фаз входного и выходного сигналов. Для этого отключить элементы С2, R3 и использовать осциллограф. Входы осциллографа подключить к точкам UВХ и UВЫХ усилителя. Зарисовать осциллограммы одна под другой. Обратить внимание на инверсию сигнала.
4.11 Исследовать усилитель при включении транзистора в схеме с общей базой.
Для этого предварительно рассчитать
и .
Результаты занести в таблицу 1.
Параметры усилителя определим по формулам
, RВХ РАСЧ h11Б, RВЫХ РАСЧ R2.
Результаты занести в таблицу 2.
4.12 Собрать усилитель на транзисторе включенном по схеме с ОБ (рисунок 4).
Рисунок 4– Схема усилителя при включении БТ с ОБ
Резистор R1 задает ток транзистора, R2- нагрузка, R3- дополнительная нагрузка, служит для определения RВЫХ усилителя, С1 и С2 - разделительные конденсаторы.
Параметры усилителя определяются формулами (3), (4) и (6).
4.13 Установить напряжение генератора G~ таким образом, чтобы напряжение на выходе усилителя составляло 1-2 вольта. Измерить UВХ и UВЫХ1. Рассчитать КU ИЗМ и RВХ ИЗМ по формулам (3) и (4), записать в таблицу 2 и сравнить с расчетными параметрами.
4.14 Измерить RВЫХ. Для этого подключить С2 и R3 , измерить UВЫХ 2. Рассчитать RВЫХ по формуле (5) (RН= R3).
4.15 Исследовать соотношение фаз входного и выходного сигналов. См. п. 4.10. Зарисовать осциллограммы одна под другой. Обратить внимание на синфазность входного и выходного сигналов.
4.16 Для исследования эмиттерного повторителя предварительно рассчитать его параметры.
4.17 Рассчитать KU эмиттерного повторителя для двух случаев нагрузки
RН1=2 кОм и RН2=400 Ом по формуле
.
Результаты расчетов занести в таблицу 3.
Таблица 3 – Параметры эмиттерного повторителя
Сопрот. нагрузки |
UВХ, |
UВЫХ, |
КU |
RВХ (кОм) |
||
В |
В |
Расч. |
Изм. |
Расч. |
Изм. |
|
RН1= 2 кОм |
|
|
|
|
|
|
RН2=0,4 кОм |
|
|
|
|
|
|
4.18 Рассчитать RВХ эмиттерного повторителя для тех же двух случаев нагрузки по формуле
.
Результат записать в таблицу 3.
4.19 Рассчитать RВЫХ для двух случаев внутреннего сопротивления источника сигнала RИ1= 10 кОм и RИ2= 0,6 кОм по формуле
.
Результат записать в таблицу 4.
Таблица 4 – Выхолное сопротивление эмиттерного повторителя
Сопрот. источн. |
UВЫХ 1, В |
UВЫХ 2, В |
RВЫХ (Ом) |
|
Расч. |
Изм. |
|||
RИ1=0,6 кОм |
|
|
|
|
RИ2=10 кОм |
|
|
|
|
4.20 Собрать схему эмиттерного повторителя (рисунок 5), сопротивление источника сигнала RИ=600 Ом. (Резистор R2, показанный на схеме пунктиром, не подключать).
Резистор R1 задает ток транзистора, R2- дополнительная нагрузка, служит для определения RВЫХ усилителя Параметры KU, RВХ и RВЫХ определяются по формулам (3), (4) и (5).
4.21 Установить UG~=1 В и затем измерить UВЫХ 1. Определить КU и RВХ по формулам (3) и (4). Результат вычислений занести в таблицу 3.
4.22 Подключить резистор R2. Сопротивление нагрузки RН2 при этом будет состоять из параллельно включенных резисторов R1 и R2 и равно 0,4 кОм. Затем измерить UВЫХ 2 и определить КU и RВХ по формулам (3) и (4). Результат вычислений занести в таблицу 3.
Рисунок 5– Схема усилителя при включении БТ с ОК
4.23 Определить RВЫХ (формула 5) для сопротивления источника равного 0,6 кОм. Данные UВЫХ 1 и UВЫХ 2 берутся из п.п. 4.21 и 4.22, R2=510 Ом).
4.24 Провести измерение RВЫХ эмиттерного повторителя для сопротивления источника равного RИ=10 кОм. Для этого провести измерение UВЫХ 1 и UВЫХ 2 при сопротивлениях нагрузки RН1 и RН2 соответственно. Определить RВЫХ по формуле (5) и результат занести в таблицу 4.
4.25 Исследовать соотношение фаз входного и выходного сигналов. См. п. 4.10. Обратить внимание на идентичность фаз сигналов.