1-Лабораторная_Аналоговая схемотехника

Федеральное Агентство по образованию РФ

Томский Межвузовский Центр дистанционного образования

Томский государственный университет

систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР)

Кафедра промышленной электроники (ПрЭ)

Лабораторная работа №1

По дисциплине: «Аналоговая схемотехника»

Тема: «Исследование усилительных каскадов на биполярных транзисторах»

(Учебные пособия: «Аналоговая схемотехника» авторы: Шарапов А.В., Тановицкий Ю.Н. Томск-2003)

V=10*05div100=0

Выполнил:

Студент ТМЦДО

Гр.

Специальность: 210106(200400)

Ф.И.О.

логин

пароль

.

Н-ск 2008

Цель работы: знакомство со схемами, задающими режим работы транзистора по постоянному току, исследование усилительных каскадов по схемам с общим эмиттером и общим коллектором, дифференциального усилительного каскада.

Программа работы

1. Соберём цепь, задающую усилительный режим транзистора (рис. 1.1). (В связи с невозможностью запуска программы Asimec под управлением ОС Vista, моделирование проводилось в среде Multisim). Аналог отечественного транзистора КТ3102А, был подобран по справочному пособию «Транзисторы для бытовой, промышленной и специальной аппаратуры» А.В. Нефёдов, А.И. Аксёнов, Москва Солон-пресс 2006 г.

Рисунок 1.1

Получили в ходе исследования следующие результаты:

U_эк = 4,578 В., U_эб = 0,597 В., I_k = 540 мкА., при Е = 10 В.

Рассчитаем ток эмиттера I_э:

.

Рассчитаем ток базы I_б:

Построим нагрузочную прямую постоянного тока, и отметим на ней точку покоя (рис.1.2):

Рисунок 1.2

Нагрузочная прямая проходит через точку Е1 = 10 В., на оси абсцисс и точку:

. , на оси ординат. Координаты рабочей точки U₀ = 4,578 В и I₀ =540 мкА. Напряжение U_эб = 0,597 В.

2. Исследуем усилительный каскад по схеме с общим эмиттером (рис. 2.1):

Рисунок 2.1

Подав на вход синусоидальный сигнал частотой 1 кГц и амплитудой 1 мВ, оценим полученное выходное напряжение при R_н = R₅ = 5 кОм, на экране осциллографа (рис. 2.2):

Рисунок 2.2

Рассчитаем коэффициент усиления при R_н = 5 кОм: .

При R_н = 50 кОм, получим выходные характеристики (рис. 2.3):

Рисунок 2.3

Рассчитаем коэффициент усиления при R_н = 50 кОм:

Воспользуемся соотношением: , рассчитаем по экспериментальным данным входное сопротивление транзистора ( = 185):

при R_н = 5 кОм.:

;

при R_н = 50 кОм:

Нагрузочная прямая переменного тока при R_н = 5 кОм проходит через точку покоя А, и точку: - на оси абсцисс (рис. 2.4):

Рисунок 2.4

3. Снимем амплитудно-частотную и фазочастотную характеристики каскада, схема которого приведена ниже (рис. 3.1):

Рисунок 3.1

При R₅ = 5 кОм, экспериментально оценим нижнюю границу полосы пропускания на уровне М_н = 3 дБ. Для этого найдём частоту входного сигнала, на которой амплитуда U_вых падает на 30% (3 дБ) относительно значения при f = 1 кГц.

Как видно на графике (рис. 3.2), нижняя частота полосы пропускания составляет:

f_н ≈ 88,6 Гц.

Рисунок 3.2

При увеличении ёмкости разделительных конденсаторов до 10 мкФ – нижняя граница полосы пропускания снизится более чем в 2 раза (f_н ≈ 30 Гц).

Конденсатор ёмкостью 100 мкФ, применён для шунтирования резистора R­₄ по переменному току (устранена обратная связь по переменному току). Эмиттер транзистора, таким образом, оказался заземлённым по переменному току.

4. Исследуем эмиттерный повторитель (рис. 4.1). В рабочей точке – ток практически не изменился (+6 мкА) , напряжение уменьшилось., и составляет R_эI_э = 2,73 В.

Рисунок 4.1

Пронаблюдаем искажения прямоугольных импульсов частотой 100 Гц и амплитудой 1 В при прохождении через повторитель (рис. 4.2):

Рисунок 4.2

Из осциллограммы определим относительный спад вершины импульса:

Сравним относительный спад вершины импульса с расчётным значением:

где - .

Повторим эксперимент, увеличив значение ёмкости разделительных конденсаторов до 100 мкФ (рис. 4.3):

Рисунок 4.3

Из осциллограммы определим относительный спад вершины импульса:

Сравним относительный спад вершины импульса с расчётным значением:

Результаты эксперимента свидетельствуют о том, что увеличение ёмкости разделительных конденсаторов – уменьшает относительный спад вершины импульса, а также подтверждает справедливость формулы для расчёта.

Соберём схему дифференциального усилителя (рис. 5.1):

Рисунок 5.1

В данной схеме транзистор VT3 - выполняет роль стабилизатора тока.

Произведём расчёт суммарного тока эмиттеров VT1 и VT2:

Как видно из расчётов, их результат с некоторыми допущениями, совпадает с результатом, полученным в ходе эксперимента.

Наблюдая за потенциалами коллекторов VT1 и VT2 – мы можем отметить пренебрежимо малое их изменение с изменением сигнала U_sf 5 В. Таким образом коэффициент передачи синфазного сигнала практически равен нулю.

Рассчитаем выходное напряжение U_out :

Подавая на вход сигнал с генератора (U_in = 1 мВ), частотой 1 кГц, оценим коэффициент усиления каскада для дифференциального сигнала (рис. 5.2):

Рисунок 5.2

_{- коэффициент усиления дифференциального сигнала.}

5. _{Контрольные вопросы:}

_{1). Для повышения температурной стабильности режима работы биполярного транзистора применяются:}

_{а. при питании от одного источника, вводится ООС по постоянному току за счёт резистора RЭ, потенциал базы – фиксируется с помощью делителя R1 , R2.}

_{б. цепь смещения с комбинированной ООС, используется как ООС по току за счёт резистора RЭ, так и ООС по напряжению за счёт резистора RФ в цепи коллектора.}

_{в. используется дополнительный источник питания в цепи эмиттера (рис. 6.1):}

Рисунок 6.1

2). Наибольшее усиление по мощности обеспечивает схема с общим эмиттером – усиливает как ток, так и напряжение, но инвертирует сигнал по фазе. Схемы с общим коллектором и общей базой – не инвертируют сигнал по фазе, но с общим коллектором – не усиливает сигнал по напряжению, а с общей базой – по току.

3). Основные причины дрейфа нулевого уровня на выходе УПТ – нестабильность источников питания, старение транзисторов, изменение температуры окружающей среды.

4). Коэффициент ослабления синфазного сигнала М_сф – является важной характеристикой дифференциального усилителя и определяется отношением коэффициентов К (усиления входного дифференциального напряжения), К_сф (передачи синфазного напряжения). Его часто оценивают в децибелах: .

5). Максимальное теоретическое значение КПД трансформаторного каскада в режиме класса А равно 50%, в практических схемах удаётся реализовать = (20 – 30)%. Теоретическое значение КПД каскадов в режиме класса В составляет 78%, в практических схемах удаётся реализовать = (50 – 60) %.