Лабораторная работа 6.3

Исследование усилительного каскада на биполярном транзисторе,

ВКЛЮЧЕННОМ ПО СХЕМЕ ОК

Лабораторная работа 6.3

Исследование усилительного каскада на биполярном транзисторе,

ВКЛЮЧЕННОМ ПО СХЕМЕ ОК

Цель работы

1. Освоить методику экспериментального исследования транзисторных схем на постоянном и переменном токах.

2. Исследовать основные параметры усилительного каскада на биполярном транзисторе, включенном по схеме ОК.

Подготовка к выполнению работы

1. Изучите разделы курса, посвященные усилительному каскаду на биполярном транзисторе, включенном по схеме ОК, ознакомьтесь с расчетом его основных параметров [5, п. 4.8].

2. Изучите порядок выполнения работы и подготовьте протокол для ее выполнения.

Порядок выполнения работы

1. Исследование усилительного каскада на постоянном токе

На рис. 6.1 приведена схема простейшего усилительного каскада, в котором n-p-n-транзистор включен по схеме ОК. Для его исследования на постоянном токе (в режиме покоя) соберите указанную схему не подключая генератор переменного сигнала и осциллограф и установив сопротивление резистора R_Н= , что соответствует режиму холостого хода на выходе каскада. Для питания коллекторной цепи транзистора в схеме используется специальный источник с заземленной средней точкой Е3, обеспечивающий фиксированное напряжение ±15 В. В работе используется напряжение положительной полярности, отсчитываемое относительно земли. При этом заземлять отрицательный полюс источника не нужно. Питание базовой цепи осуществляется от источника питания Е1.

Включите источники питания и измерительные приборы. Увеличивая напряжение источника питания E1 проследите за изменением токов базы и эмиттера и напряжений на базе и на эмиттере. Зафиксируйте рабочую точку по постоянному току (точку покоя), установив напряжение U_Э(0) = 4,5 В. Определите и запишите в табл. 6.1 значения U_Б(0), I_Б(0) и I_Э(0), соответствующие выбранной точке покоя. В дальнейшем не изменяйте величину напряжения источника питания E1 до окончания работы.

Рассчитайте значение мощности Р₀ = I_Э(0)Е3, потребляемой каскадом от источника питания E3, и также запишите его в табл. 6.1.

Таблица 6.1

Параметр	Единица измерения	Значение
UЭ(0)	В	4,5
UБ(0)	В
IБ(0)	мА
Iэ(0)	мА
Р0	мВт

2. Исследование усилительного каскада на переменном токе

2.1. Проверка и настройка измерительных приборов

Выберите слева в нижнем ряду гнезд коммутационного пульта точку А и подключите к этой точке выход генератора переменного сигнала (используйте делитель 1:10), левый вольтметр и вход первого (левого) канала осциллографа. Аналогично справа в нижнем ряду выберите точку В и подключите к ней правый вольтметр и вход второго (правого) канала осциллографа. Соедините точки А и Б между собой проводниками.

Включите генератор переменного сигнала и установите его частоту f_Г = 1 кГц. Переключите вольтметры в режим измерения переменных сигналов и увеличивая выходное напряжение генератора убедитесь в том, что вольтметры показывают одинаковые значения напряжения. Установите действующее (эффективное) значение напряжения на выходе генератора U_Г= 100 мВ.

Включите осциллограф и получите устойчивые осциллограммы переменного сигнала по обоим каналам.

2.2. Измерение основных параметров усилительного каскада при холостом ходе на выходе (R_Н= )

Подключите выбранные на коммутационном поле точки А и Б к соответствующим точкам схемы, приведенной на рис. 6.1. В этом случае сигнал генератора поступает на вход каскада, а усиленный сигнал с выхода каскада поступает на вход второго канала осциллографа. Напряжение выходного сигнала измеряется правым вольтметром. Используя органы управления усилением второго канала установите на экране размах выходного сигнала сопоставимым с размахом входного сигнала. Обратите внимание на фазовые соотношения между сигналами. На графике 6.1 нарисуйте осциллограммы входного и выходного сигналов.

Определите с помощью вольтметров и запишите в табл. 6.2 эффективные значений напряжений на выходе генератора U_Г и на выходе каскада U_ВЫХ. Для определения напряжения на входе каскада U_ВХ подключите левый вольтметр к базе транзистора. Для нахождения входного тока I_ВХ определите падение напряжения переменного сигнала U_RБ1 = U_Г - U_ВХ на резисторе R_Б1. Также полезно измерить падение напряжение на разделительном конденсаторе С_Р1, чтобы убедиться в том, что оно близко к нулю.

Рассчитайте и запишите в табл. 6.2 эффективные значения переменных токов на входе и выходе каскада I_ВХ = I_Б = U_RБ1 / R_Б1, I_ВЫХ = I_Э = U_ВЫХ / R_Э, мощности сигнала на входе P_ВХ = U_ВХI_ВХ и на выходе каскада P_ВЫХ= U_ВЫХI_ВЫХ, коэффициенты усиления по напряжению К_U = U_ВЫХ / U_ВХ, по току К_I = I_ВЫХ / I_ВХ и по мощности К_Р = Р_ВЫХ / Р_ВХ, КПД η = Р_ВЫХ / Р₀, а также входное R_ВХ = U_ВХ / I_ВХ и выходное сопротивления каскада R_ВЫХ = U_ВЫХ / I_ВЫХ.

Таблица 6.2

Параметр	Единица измерения	Значение
UГ	мВ
UВХ	мВ
UВЫХ	мВ
URБ1	мВ
IВХ	мкА
IВЫХ	мкА
РВЫХ	мВт
КU	-
КI	-
КР	-
η	-
RВХ	кОм
RВЫХ	Ом

2.3. Исследование влияния сопротивления нагрузки на основные параметры усилительного каскада

В схеме, приведенной на рис. 6.1, сопротивление нагрузки R_Н включается по переменному току параллельно резистору R_Э. Соответственно для расчета выходного тока следует использовать эквивалентное сопротивление нагрузки R_{Н ЭКВ} = R_Н | |R_Э.

Подключая последовательно в качестве сопротивления нагрузки R_н резисторы 10 кОм; 3,3 кОм; 1 кОм; 560 Ом и 100 Ом, определите соответствующие значения U_ВХ и U_ВЫХ и запишите их в табл. 6.3.

Таблица 6.3

RН		100 Ом	560 Ом	1 кОм	3,3 кОм	10 кОм
UВХ	мВ
UВЫХ	мВ
IВХ	мкА
IВЫХ	мкА
КU	-
КI	-

Рассчитайте соответствующие разным сопротивлениям нагрузки входной I_ВХ и выходной I_ВЫХ токи и коэффициенты усиления по напряжению K_U и по току K_I. Следует иметь в виду, что при наличии нагрузки выходной ток определяется по формуле I_ВЫХ  = U_ВЫХ / R_{Н ЭКВ}.

На графике 6.2 постройте зависимости коэффициентов усиления по напряжению K_U и по току K_I от сопротивления нагрузки R_Н.