6.2. Каскад с общим коллектором.

1. Установить лицевую панельку № 2 для схемы с общим коллектором (устанавливает преподаватель или лаборант)

2. Переменные резисторы R_г и R_н установить на минимальное сопротивление (R_г против часовой стрелки до упора, R_н по часовой стрелке до упора). В данном случае R_г = R_изм = 100 Ом, R_н = R_изм1 = 100 Ом

3. Для снятия амплитудных характеристик каскада с общим коллектором повторить пункты 9, 12 – 20, 23 порядка выполнения работы каскада с общим эмиттером

Таблица результатов измерений

Исследуемая схема:
Параметры Rг = кОм Rн = кОм
Uвх
Uвых
Uвх , при котором начинаются искажения сигнала на выходе :
Падение напряжения на Rизм для расчета Iвх:
Падение напряжения на Rизм1 для расчета Iвых:

7. Вопросы для самопроверки.

1. Какая схема включения транзистора называется каскадом с общим эмиттером (ОЭ)?

2. Для чего служит делитель напряжения на входе каскада ОЭ?

3. Объясните назначение конденсаторов ,ив схеме усилительного каскада ОЭ?

4. Поясните принцип стабилизации режима покоя в каскаде ОЭ.

5. Какую форму имеет кривая выходного напряжения, если входной сигнал превышает допустимое значение?

6. Какой порядок имеют коэффициент усиления по напряжению, по току и входное сопротивление каскада ОЭ?

7. Какая схема включения транзистора называется каскадом с общим коллектором (ОК)?

8. Какой порядок имеют коэффициент усиления по напряжению, по току и входное сопротивление каскада ОК?

9. Почему каскад ОК называют эмиттерным повторителем?

10. Дайте сравнительную оценку каскадов ОЭ и ОК.

11. Поясните амплитудные характеристики каскадов ОЭ и ОК.

ЛИТЕРАТУРА

1. Основы промышленной электроники: Учеб. для неэлектротехн. спец. вузов/ Под ред. В.Г. Герасимова. – 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Высшая школа, 1986, с. 91-104.

2. Руденко В.С. Основы промышленной электроники/ В.С. Руденко, В.И. Сенько, В.В. Трифонюк – К.: Вища школа, 1985, с. 114-119.

3. Мелешкина Л.П. Руководство к лабораторным работам по основам промышленной электроники/ Л.П. Мелешкина, Г.Е. Алексеева, М.Л. Фраткина. – М.: Высшая школа, 1977, с. 33-51.

Лабораторная работа № 4.

ИССЛЕДОВАНИЕ УСИЛИТЕЛЬНЫХ КАСКАДОВ С ОБЩЕЙ

БАЗОЙ И НА ПОЛЕВОМ ТРАНЗИСТОРЕ

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ.

Целью лабораторной работы является:

• исследовать усилительные каскады с общей базой и на полевом транзисторе при работе на средних частотах;

• ознакомиться с амплитудными характеристиками исследуемых каскадов.

2. УКАЗАНИЯ ПО ПОДГОТОВКЕ К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ.

1. Ознакомиться с графиком выполнения лабораторной работы и сдачи отчёта.

2. Изучить необходимый теоретический материал (см. список рекомендуемой литературы и раздел 3 данного методического руководства). Подготовиться к ответам на вопросы для допуска к выполнению работы.

3. Подготовить таблицы для снятия экспериментальных характеристик.

3. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ.

1. КАСКАД С ОБЩЕЙ БАЗОЙ.

Схема каскада ОБ приведена на лицевой панели лабораторной установки. Ток эмиттера в режиме покоя и потенциал эмиттера относительно базы определяются резистором и делителем напряжения. Потенциал базы транзистора по переменному току равен потенциалу общей шины, так как база присоединена к общей шине через конденсаторбольшой ёмкости, сопротивление которого переменному току можно считать равным нулю. Входной сигнал подается между эмиттером и общей шиной, выходное переменное напряжение снимается с коллектора и общей шины. Назначение конденсаторов итакое же, как и в каскадах ОЭ и ОК.

Эквивалентная схема каскада ОБ для переменной составляющей при работе на средних частотах в отсутствие нелинейных искажений приведена на рис. 4.1.

Сопротивление шунтируется конденсатором, а сопротивление. Поэтому сопротивление на эквивалентной схеме отсутствует, а сопротивление показано пунктиром.

Входное сопротивление

(4.1)

Выходное сопротивление

(4.2)

Коэффициент усиления по току

(4.3)

Коэффициент усиления по напряжению

(4.4)

Коэффициент усиления по мощности

(4.5)

Преимуществами каскада ОБ являются:

1) большая термостабильность;

2) при использовании одного и того же транзистора в схеме ОБ можно получить неискажённый выходной сигнал с бóльшей амплитудой, чем в схеме ОЭ, поскольку выходные характеристики более линейны и допустимое напряжение для транзистора, включенного по схеме ОБ, больше, чем напряжениев схеме ОЭ.

Это позволяет выбрать бóльшую величину и получить бóльшую амплитуду выходного сигнала. Амплитудная характеристика каскада ОБ имеет более длинный линейный участок, чем для каскада ОЭ (рис. 3.4., кривая3). Недостатком каскада ОБ является очень малое входное сопротивление, что позволяет применять его только при наличии источника сигнала с малым внутренним сопротивлением. По этой причине каскад ОБ используют крайне редко.

Сравним показатели каскадов на плоскостных транзисторах. Каскад ОЭ даёт усиление по току, напряжению и мощности, каскад ОК – по току и мощности, каскад ОБ – по напряжению и мощности. Наибольшее входное сопротивление имеет каскад ОК, наименьшее – каскад ОБ. Наименьшее выходное сопротивление имеет каскад ОК.

2. КАСКАД НА ПОЛЕВОМ ТРАНЗИСТОРЕ.

Недостатками усилительных каскадов с применением биполярных транзисторов являются:

1) относительно малое входное сопротивление, что не позволяет применять их в схемах с высокоомными источниками сигнала;

2) сильная зависимость характеристик от температуры.

В значительной мере недостатков биполярных транзисторов лишён полевой транзистор. В усилительных каскадах полевой транзистор может быть включен по схеме с общим истоком (ОИ), общим стоком (ОС) или общим затвором (ОЗ). Чаще всего используется схема с общим истоком, поскольку она даёт усиление по току, напряжению и наибольшее усиление по мощности. Схема каскада ОИ приведена на лицевой панели лабораторной установки. Входной сигнал подаётся между затвором и общей шиной. Выходным напряжением является переменное напряжение между стоком и общей шиной. Назначение конденсаторов итакое же, как и в схемах на биполярных транзисторах. Входной управляющей величиной в полевом транзисторе является напряжение между затвором и истоком. При изменении этого напряжения изменяются ток в цепи стока и напряжение на резисторе, а, следовательно, и на транзисторе.

В схеме резисторыиобеспечивают режим покоя каскада. Кроме того, резисторстабилизирует режим покоя аналогично резисторув каскаде ОЭ. Через резисторна затвор подаётся необходимое напряжение покоя, которое определяется падением напряжения на резистореот тока стока:. Сопротивление резисторадолжно быть в несколько раз меньше внутреннего сопротивления промежутка исток – затвор для того, чтобы исключить влияние температуры на входной ток каскада. Поскольку промежуток исток – затвор являетсяp-n-переходом, включенным в обратном направлении, и его сопротивление очень велико, сопротивление может составлять 0,1÷ 0,5 МОм.

Выходные характеристики для каскада с общим истоком можно найти графически, подобно тому, как это делается для каскада на биполярных транзисторах. На рис. 4.2 приведены выходные характеристики полевого транзистора, дающие зависимость тока стока от напряжения сток – исток: при заданном значении напряжения затвор – исток. Ток стока и напряжение сток – исток в режиме покоя зависят от сопротивленийи.

При наличии переменного сигнала на входе каскада ток стока изменяется. Это приводит к изменению напряжения сток – исток за счёт изменения падения напряжения на резисторе . Для обеспечения неискажённой формы выходного напряженияизменение мгновенных значений тока стока должно ограничиваться участком линии нагрузки по переменному току, пересекающим линейные участки выходных характеристик транзистора, расположенные на равных расстояниях при равных изменениях напряжения на затворе (см. рис. 4.2).

Для расчёта каскада по переменному току

применяется эквивалентная схема, приведенная на рис. 4.3. Входное сопротивление каскада . Из эквивалентной схемы рис. 4.3 получаем выражения для коэффициента усиления по напряжению и выходного сопротивления каскада:

(4.6)

(4.7)

Дифференциальная крутизна стокозатворной характеристики

(4.8)

Вследствие большого входного сопротивления каскады на полевых транзисторах часто применяются как входные каскады в многокаскадных усилителях на биполярных транзисторах.