ЛР 04 Усилительный каскад на БТ

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

Кафедра электрофизики информационных систем

Лабораторная работа № 04

УСИЛИТЕЛЬНЫЙ КАСКАД НА БИПОЛЯРНОМ ТРАНЗИСТОРЕ

Москва

2012

2

1. Цель работы

−Расчет усилительного каскада с общим эмиттером по постоянному току,

−изучение работы усилительного каскада,

−экспериментальное определение основных параметров каскада,

−изучение основных характеристик каскада.

2. Описание лабораторной установки

Лабораторный макет включает усилительный каскад с общим эмиттером ОЭ (рис. 1).

Рис. 1. Схема усилительного каскада c общим эмиттером

R1=10 кОм, R2=2.4 кОм, Rк=390 Ом, Rэ1=51 Ом, Rэ2=51 Ом, Rг=1 кОм, Rн=1 кОм, Cр1=2.2 мкФ, Cр2=2.2мкФ, Cэ=47мкФ, Cн=10 нФ,

транзистор КТ315Б

3

Источником сигнала служит многофункциональный генератор сигналов GFG-3015, который подключен к гнезду XS1.

Ключ S1 позволяет подключить сопротивление Rг, что дает возможность найти входное сопротивление каскада.

Ключ S2 позволяет подключать конденсатор Сэ и тем самым блокировать по переменному току сопротивление в цепи эмиттера Rэ2.

Ключ S3 подключает сопротивление нагрузки Rн, что позволяет определить выходное сопротивление схемы.

Выводы транзистора (база, коллектор, эмиттер) соединены с гнездами XS2, XS3, XS4. Это позволяет определить рабочий режим схемы.

Усиленное напряжение снимается с гнезда XS5.

	4
3.	Подготовка к работе
1.	В лабораторном макете усилительного каскада ОЭ (рис. 2) можно
	измерить только потенциалы на выводах транзистора ϕэ, ϕк и ϕб.
	Как по этим данным определить рабочий режим транзистора (Iк, Uкэ)?

2.Для схемы усилительного каскада ОЭ (рис. 2) и указанных параметров элементов рассчитать рабочий режим транзистор (Iк и Uкэ). При расчете считать, что коэффициент передачи тока базы в коллектор β=120.

3.Нарисовать малосигнальную схему замещения усилительного каскада ОЭ в h-параметрах. Рассчитать основные параметры каскадов (Кu_хх, Rвх, Rвых). Расчет провести для случая включенного и отключенного конденсатора Сэ.

4.Разработать алгоритмы практического определения входного и выходного сопротивления усилителя (п.п. 4 и 5 рабочего задания).

5.Подготовить бланк отчета, включив в него расчетное задание и протокол выполнения лабораторной работы.

5

4. Рабочее задание

1.Включить лабораторный стенд и с помощью осциллографа GDS-2062 (генератор должен быть выключен) в схеме усилительного каскада с общим эмиттером (рис. 1) измерить потенциалы на выводах транзистора. По результатам измерений рассчитать напряжения Uбэ и Uкэ и ток Iк. Записать полученные результаты в таблицу. Сравнить с расчетом (см. подготовку к работе).

ϕк, В			ϕб, В			ϕэ, В
		Uбэ, В		Uкэ, В		Iк, мА
Расчет
Эксперимент

2. С помощью генератора и осциллографа проверить работоспособность каскада и определить коэффициент усиления Кu хх каскада при отключенном и включенном конденсаторе СЭ (Rг закоротить).

	Конденсатор Сэ отключен						Конденсатор Сэ			включен
	Uвх, В		Uвых, В		Ku		Uвх, В		Uвых, В		Ku
	Ku расч =						Ku расч =
3. Определить			входное	сопротивление			каскада ОЭ		при включенном и

выключенном конденсаторе СЭ.

	Конденсатор Сэ отключен			Конденсатор Сэ включен
	Uвых1, В (Rг=0)		Uвых2, В (Rг=1к)	Uвых1, В (Rг=0)	Uвых2, В (Rг=1к)
	Rвх =		кОм	Rвх =	кОм
	Rвх расч =			Rвх расч =
4. Определить выходное сопротивление каскада.
	Uвых1, В (Rн=∞)			Uвых2, В (Rн=1к)
		Rвых =			Ом
		Rвых расч =			Ом

6

5. Снять амплитудно-частотную характеристику усилительного каскада ОЭ (Сопротивления Rг и Rн и блокирующий конденсатор СЭ – включить). По построенной АЧХ определить коэффициент усиления Кuо и полосу пропускания усилителя (fн…fв).

f, кГц	0,046	0,10	0,22	0,46	1,0	2,2	4,6	10	22	46	100	220
Uвх, В
Uвых, В
γ
Lγ, дБ

6. Снять и построить амплитудную характеристику усилительного каскада ОЭ при частоте входного сигнала, лежащего в середине полосы пропускания. Определить динамический диапазон усилительного каскада.

Uвх ген, В	0	0,5	1,0	1,5	2,0	2,5	3,0	3,5
0,5Uвх осц р-р, В
0,5Uвых осц р-р, В

7

5. Методические указания для подготовки

Рабочий режим схемы усилительного каскада ОЭ (рис.2) на биполярном транзисторе можно определить из следующей системы уравнений:

Uпит = Iк Rк + Uкэ + Iэ Rэ ,

Eб = IбRб + Uбэ + IэRэ ,

здесь Eб и Rб - эквивалентный источник питания и эквивалентное сопротивление в цепи базы, которые соответственно равны:

Eб = Uпит R2/(R1 + R2),

Rб = R1 R2/(R1 + R2).

В систему уравнений необходимо включить уравнения, описывающие работу транзистора в активном режиме:

Iэ = Iк + Iб ,

Iк = βIб ,

Uбэ ≈ 0.7 В .

Последнее равенство учитывает, что в активном режиме напряжение Uбэ существенно не меняется (входная вольтамперная характеристика круто поднимается).

8

К основным параметрам усилительных каскадов относятся:

Ku = ( Uвых/ Uвх) - коэффициент усиления напряжения;

Rвх = ( Uвх/ Iвх) - входное сопротивление каскада;

Rвых =( Uвых/ Iвых) - выходное сопротивление каскада. Основные параметры каскадов можно рассчитать, используя h-

параметры малосигнальной схемы замещения транзистора:

K = −h21э[Rк || Rн || (1h22э )],

u h11э +(h21э +1)Rэ

Rвх = (h11э +(h21э +1)Rэ) || Rб ,

Rвых = Rк || (1h22э ).

В этих формулах Rэ = Rэ1 или Rэ = Rэ1 + Rэ2 в зависимости от того включен или выключен блокирующий конденсатор Сэ, Rб = R1 || R2 ,

Rн – сопротивление нагрузки

В современных справочниках h-параметры не задаются. В этом случае их можно приближенно определить через рабочий ток транзистора Iк и

коэффициент усиления β следующим образом:

h	≈βϕT		,	h	21э	=β,	h	22э	≈0.
11э		Iк

Здесь ϕт – тепловой потенциал, который для комнатной температуры

+20°С примерно равен 25 мВ.

9

6. Методические указания для рабочего задания

1.Основные параметры усилительных каскадов измеряются при подаче на вход синусоидального сигнала такой амплитуды, чтобы усилитель не выходил за границы линейного режима, т.е. выходной сигнал не должен иметь видимых искажений. Поэтому при выполнении соответствующих пунктов лабораторной работы канал II осциллографа должен быть всегда подключен к выходу усилительного каскада.

4.Основные параметры усилительных каскадов измеряются в полосе пропускания усилителя (область средних частот). В данной лабораторной работе экспериментальное определение основных параметров можно проводить на частоте 5…10кГц.

5.Входное сопротивление каскада можно определить экспериментально, определив выходное напряжение для двух значений сопротивления Rг (в макете Rг1=0 и Rг2=1 кОм) при неизменном входном сигнале. Алгоритм определения Rвх приведен ниже.

−Подать на вход усилителя синусоидальный сигнал с частотой 5 кГц;

−Замкнуть ключ S1 (отключить измерительное сопротивление Rг);

−Добиться, чтобы на выходе усилителя не было искажений, изменяя амплитуду входного сигнала;

−Определить выходное напряжение при отсутствии измерительного сопротивления;

−Разомкнуть ключ S1 (подключить измерительное сопротивление Rг);

−Определить выходное напряжение при включенном измерительном сопротивлении Rг;

−	По формуле Rвх = Rг	Uвых2	рассчитать входное сопротивление
		Uвых1 −Uвых2
	усилителя.

10

6.Выходное сопротивление можно определить экспериментально, определив выходное напряжение для двух значений сопротивления Rн (в макете Rн1=∞ и Rн2=1 кОм). Алгоритм определения Rвых приведен ниже.

−Подать на вход усилителя синусоидальный сигнал с частотой 5 кГц;

−Разомкнуть ключ S3 (отключить сопротивление нагрузки Rн);

−Изменяя амплитуду входного сигнала, добиться работы усилителя без искажений;

−Определить выходное напряжение при отключенном сопротивлении нагрузки Rн;

−Замкнуть ключ S3 (подключить сопротивление нагрузки Rн);

−Определить выходное напряжение при включенном сопротивлении нагрузки Rн;

			U		вых хх
	−	По формуле	Rвых =			−1 Rн	рассчитать выходное сопротивление
				Uвых

усилителя.

.