1- 5_Лабораторная_Аналоговая схемотехника / Аналог_ схем_лаб_1

Томский межвузовский центр дистанционного образования

Томский государственный университет

систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР)

Кафедра промышленной электроники (ПрЭ)

Лабораторная работа № 1

Исследование усилительных каскадов на биполярных транзисторах.

(Вариант 5)

по дисциплине «АНАЛОГОВАЯ СХЕМОТЕХНИКА»

(Учебное пособие «Аналоговая схемотехника», автор Шарапов А.В., 2005 г.)

1. Соберём цепь, задающую усилительный режим транзистора и измерим ток и напряжение в рабочей точке (рис.1.1).

Рисунок 1.1

I₀ = 857 мкА, U₀ = 6,4 В.

Построим нагрузочную прямую постоянного тока и отметим на ней положение точки покоя (рис.1.2).

Прямая пройдёт через точки: на оси абсцисс – E = 15 В;

на оси ординат – .

Рисунок 1.2

Измерим напряжение на участке база – эмиттер транзистора (рис.1.3).

U_бэ = 0,667 В.

Рисунок 1.3

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 выходное напряжение и коэффициент усиления при двух значениях сопротивления нагрузки R_н ( 5 кОм, 50 кОм).

R_н = 5 кОм:

U_вых = 7,514 В; U_вх = 2,075 В (рис. 2.2), К₀ = U_вых/ U_вх = 3,62.

Рисунок 2.2

R_н = 50 кОм:

U_вых = 11,378 В; U_вх = 1,973 В (рис. 2.3), К₀ = U_вых/ U_вх = 5,77.

Рисунок 2.3

Проведём через рабочую точку нагрузочную прямую переменного тока для

R_н = 5 кОм (рис. 2.4).

Прямая пройдёт через точку покоя А(I₀,U₀) и точку на оси абсцисс с координатой U_КЭ = U₀ + I₀R_~, где R_~ = R_К║R_Н = 5·5/5+5 = 2,5 кОм;

U_КЭ = 6,4 + 0,000857 · 2500 = 8,54 В.

Рисунок 2.4

Воспользовавшись соотношением , рассчитаем по экспериментальным данным входное сопротивление транзистора h_11Э (β = 185).

При R_н = 5 кОм:

При R_н = 50 кОм:

3. Снимем АЧХ и ФЧХ каскада с ОЭ (рис.3.1).

Рисунок 3.1

При R₅ = 5 кОм экспериментально оценим нижнюю частоту полосы пропускания на уровне М_н = 3 Дб.

Амплитуда при f = 1 кГц: Am = 38,01 дБ (рис. 3.2),

0,707 Am = 0,707 · 38,01 = 26,87 дБ.

Нижняя частота при 0,707 Am: f_Н = 38,93 Гц (рис. 3.3).

Рисунок 3.2 Рисунок 3.3

При увеличении ёмкости разделительных конденсаторов до 10 мкФ нижняя частота уменьшается и равна 16,482 Гц (рис.3.4., 3.5).

Рисунок 3.4 Рисунок 3.5

Конденсатор ёмкостью 100 мкФ, в схеме выполняет функцию защиты по устранению отрицательной обратной связи.

4. Исследуем эмиттерный повторитель (рис. 4.1).

Рисунок 4.1

Ток в рабочей точке транзистора по сравнению со схемой, приведённой на рис. 2.1. не изменился.

Пронаблюдаем искажения прямоугольных импульсов частотой 100 Гц и амплитудой 1 В при прохождении через повторитель.

Относительный спад вершины импульса Δ = 2,67% (рис. 4.2).

Рисунок 4.2

Сравним относительный спад вершины импульса с расчётным значением:

Повторим эксперимент, увеличив значение ёмкости разделительных конденсаторов до 100 мкФ.

Относительный спад вершины импульса Δ = 0,34 % (рис. 4.3).

Рисунок 4.3

Сравним относительный спад вершины импульса с расчётным значением:

5. Соберём схему дифференциального усилителя (рис. 5.1).

U_вх

U_сф

U_вых1

U_вых2

Рисунок 5.1

Транзистор VT3 в схеме выполняет функцию генератора постоянного тока (стабилизатора тока).

Рассчитаем величину суммарного тока эмиттеров VT1 и VT2, и сравним с экспериментальным значением I_Э = 873 мкА, фиксируемым амперметром А. Напряжение на эмиттерном переходе VT3 полагаем равным 750 мВ.

Проконтролируем потенциалы коллекторов VT1 и VT2.

U_вых1 = 10 В, U_вых2 = 1,356 В (рис. 5.1).

Изменим входной синфазный сигнала U_сф в диапазоне ± 5 В. При U_сф = -5 В изменений не наблюдается. При U_сф = 5 В потенциал коллектора VT1 увеличивается: U_вых2 = 4,241 В (рис. 5.2).

Рисунок 5.2

Коэффициент передачи синфазного напряжения равен:

Подавая на вход сигнал с генератора (U_вх = 1мВ) частотой 1 кГц, оценим коэффициент усиления каскада для дифференциального сигнала (рис. 5.3).

Рисунок 5.3

6. Ответы на контрольные вопросы.

1) Способы повышения температурной стабильности режима работы биполярного транзистора:

а) Цепи смещения с фиксированным током базы и фиксированным током эмиттера.

б) Цепь смещения с эмиттерной стабилизацией рабочей точки транзистора.

в) Цепь смещения с комбинированной отрицательной обратной связью по постоянному току.

2) Сравнительная характеристика трёх способов включения транзистора:

а) При включении с общей базой сигнал усиливается по напряжению и мощности и не усиливается по току.

б) При включении с общим эмиттером сигнал усиливается по напряжению и току и соответственно обеспечивается наибольшее усиление по мощности.

в) При включении с общим коллектором сигнал усиливается по току и мощности и не усиливается по напряжению.

3) Основные причины дрейфа нулевого уровня на выходе УПТ:

а) Нестабильность источников питания.

б) Старение транзисторов.

в) Изменение температуры окружающей среды.

4) Коэффициент подавления синфазного сигнала дифференциального усилителя: отношение коэффициента усиления входного дифференциального напряжения к коэффициенту передачи синфазного напряжения - .

5) Максимальные значения коэффициента полезного действия выходных каскадов усилителей:

а) в режиме класса A – теоретическое значение 50%, практическое 20 – 30%.

б) в режиме класса B – теоретическое значение 78%, практическое 50 – 60%.