Лабы
.pdf
Рисунок 5 – Включение транзистора по схеме с общей базой
Выходным током для данной схемы является ток коллектора Iк . Если под воздействием Uвх ток эмиттера возрастёт на величину Iэ, то соответственно возрастут и остальные токи транзистора:
Iэ Iэ Iк Iб Iб ,
Коэффициент передачи тока эмиттера выражается формулой:
|
Iвх |
|
Iк |
при E2 const , |
|
Iвых |
|||||
|
|
Iэ |
|
Схема с общей базой имеет существенный недостаток – низкое входное сопротивление, выражающееся формулой:
Rвх Uвх Uвх rэ ,
Iвх Iэ
Графики входных и выходных характеристик транзистора, включённого по данной схеме, приведены на Рисунке 6.
Рисунок 6 – Пример входных и выходных характеристик транзистора ОБ
Схема с общим эмиттером.
В схеме с общим эмиттером (Рис. 7) входным током является малым по величине ток базы Iб , а выходным― ток коллектора Iк .
Коэффициент прямой передачи тока для данной схемы равен:
Iк ,Iб
Входное сопротивление схемы с общим эмиттером больше, чем в схеме с общей базой. Достоинством данной схемы так же является возможность питания от одного источника напряжения, так как на базу и на коллектор подаются напряжения одного знака. Однако, температурная стабильность хуже, чем у схемы с общей базой. Входные и выходные характеристики изображены на Рисунке 8.
Рисунок 7 – Включение транзистора по схеме с общим эмиттером
Рисунок 8 – Пример входных и выходных характеристик транзистора ОЭ
Схема с общим коллектором.
В схеме с общим коллектором, изображённой на (Рис. 9), входной сигнал подаётся на участок база-коллектор. Входным током является ток базы Iб , выходным – ток эмиттера Iэ. Коэффициент прямой
передачи тока для данной схемы равен:
Iэ |
|
Iэ |
1, |
(6) |
|
Iэ Iк |
|||
Iб |
|
|
||
Рисунок 9 – Включение транзистора по схеме с общим коллектором
Схему также называют эмиттерным повторителем, так как сигнал на выходе практически равен входному сигналу. Несмотря на сравнительно большие значения коэффициента прямой передачи тока и входного сопротивления, схема с общим коллектором не позволяет получить большого усиления по напряжению.
Рисунок 10 – Пример входных и выходных характеристик транзистора ОК
Методические указания к проведению работы
1. Измерение входных и выходных характеристик транзистора в схеме с общим эмиттером
Входной характеристикой биполярного транзистора подсоединённого по схеме с общим эмиттером является зависимость
входного тока базы от напряжения база-эмиттер при постоянном напряжении коллектор-эмиттер. Выходной характеристикой биполярного транзистора подсоединённого по схеме с общим эмиттером является зависимость тока коллектора от напряжения коллектор-эммитер при постоянном токе базы.
Схема для снятия статических характеристик ОЭ приведена на рисунке 11.
|
|
|
PА2 |
|
|
|
|
R |
VT |
|
|
|
|
PА1 |
|
|
|
|
+ |
10кОм |
PV2 |
+ |
|
|
|
|
|||
Е1 |
|
|
|
Е2 |
|
– |
PV1 |
|
– |
Рисунок 11 – Принципиальная схема снятия статических характеристик транзистора в схеме с общим эмиттером
В схеме используются два регулируемых источника напряжения E1 и Е2. С помощью источника Е1 регулируется напряжение смещения на базе транзистора. Источник напряжения Е2 питает цепь коллектора. Контроль тока базы осуществляется амперметром РА1. Вольтметром РV1 измеряется напряжение база-эмиттер. Контроль тока коллектора осуществляется амперметром РА2. С помощью вольтметра РV2 измеряется напряжение коллектор-эмиттер.
При снятии входных статических характеристик с помощью источника напряжения Е2 устанавливается напряжение коллекторэмиттер, значение которого в процессе измерения остается неизменным. С помощью источника напряжения Е1 устанавливается напряжение база-эмиттер, значение которого изменяется в процессе измерения.
При снятии выходных статических характеристик с помощью источника напряжения Е1 устанавливается ток базы, значение которого в процессе измерения остается неизменным. С помощью источника напряжения Е2 устанавливается напряжение коллектор-эмиттер, значение которого изменяется в процессе измерения.
В соответствии с принципиальной схемой, указанной на рисунке 11 собрать схему измерений. Схема соединений, указана на рисунке 12. В качестве транзистора выбрать МП37Б (германиевый силовой n-p-n транзистор предназначенный для усиления и генерирования низкочастотных колебаний).
Рисунок 12 Схема соединений для снятия статических характеристик транзистора в схеме с общим эмиттером
Провести исследование входных и выходных характеристик транзистора ОЭ. Значения напряжений и токов при исследовании занести в таблицы.
Для измерения входных характеристик транзистора установите фиксированное значение напряжения коллектор-эмиттер. Изменяя напряжение база-эмиттер, наблюдайте изменение тока базы. По полученным данным постройте график зависимости тока базы от напряжения база-эмиттер при постоянном напряжении коллекторэмиттер. Проведите измерения для трёх различных значений напряжения коллектор-эмиттер (5В, 10В, 15В).
Uбэ, |
0,05 |
0,08 |
0,1 |
0,12 |
0,14 |
0,16 |
0,18 |
0,2 |
0,22 |
0,24 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
В |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Iб, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
мкА |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Для измерения выходной характеристики транзистора установите фиксированный ток базы с помощью напряжения база-эмиттер. Изменяя напряжение коллектор-эмиттер, наблюдайте изменение тока коллектора. По полученным данным постройте график зависимости тока коллектора от напряжения коллектор-эмиттер при постоянном значении ток базы. Проведите измерения для пяти различных значений токов базы (10мкА, 20мкА, 50мкА, 100мкА, 150мкА).
Uк (В) |
0 |
0,05 |
0,1 |
0,15 |
0,2 |
1 |
5 |
10 |
13 |
15 |
17 |
20 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Iк(мА) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2. Измерение входных и выходных характеристик транзистора в схеме с общей базой.
Для измерения входной характеристики транзистора установите фиксированное напряжение коллектор-база. Изменяя напряжение эмиттер-база, наблюдайте изменения тока эмиттера. По полученным значениям постройте график зависимости тока эмиттера от напряжения эмиттер-база при постоянном значении напряжения коллектор-база. Проведите измерения для трёх различных значений напряжения коллектор-база.
Для измерения выходной характеристики транзистора установите фиксированное значение тока эмиттера с помощью напряжения эмиттер-база. Изменяя напряжение коллектор-база, наблюдайте изменение тока коллектора. По полученным значениям постройте график зависимости тока коллектора от напряжения коллектор-база при постоянном токе эмиттера. Измерения проведите для трёх различных токов эмиттера.
3. Измерение входных и выходных характеристик транзистора в схеме с общим коллектором.
Провести исследование входных и выходных характеристик транзистора ОК. Измерения проведите для трёх различных значений токов и напряжений. Не забудьте, что транзистор открываться начинает, только если возникает разность потенциалов между базой и эмиттером обеспечивающая движение тока по направлению от области р к области n.
Содержание отчёта
Отчёт о выполнении лабораторной работы должен содержать семейства входных и выходных вольтамперных характеристик для схем с общей базой, общим эмиттером и общим коллектором.
Контрольные вопросы
1)Объясните работу транзистора в схеме с общей базой.
2)Объясните работу транзистора в схеме с общим эмиттером.
3)Охарактеризуйте четыре режима работы транзистора.
4)Как изменятся свойства транзистора при увеличении его температуры?
5)Что называют вторичными параметрами транзистора?
6)Для каких целей применяют эмиттерный повторитель?
7)В чём заключается сложность применения транзистора в схеме с общим эмиттером?
8)На основании полученных результатов сделайте вывод о применимости транзистора, включённого по схеме с общим эмиттером.
Лабораторная работа №4
«Усилители электрических сигналов на биполярных транзисторах»
Цель работы: изучить расчет схем смещения биполярных плоскостных транзисторов и экспериментально исследовать работу простейших усилителей электрических сигналов для схем с Н- смещением.
Перед выполнением лабораторной работы рекомендуется изучить теорию по теме [---]
Краткие теоретические сведения
При всей широте своего применения диоды pn-типа не могут быть использованы для усиления сигналов, для этого требуются транзисторы. Основное назначение транзисторов - усиление напряжения, тока или мощности сигнала переменного тока.
Усилителем электрических сигналов называется устройство, предназначенное для усиления мощности сигнала, поданного на его вход. Процесс усиления основан на преобразовании активным элементом (биполярным транзистором, полевым транзистором) энергии источника постоянного напряжения в энергию переменного напряжения на нагрузке при изменении сопротивления активного элемента под действием входного сигнала.
К основным параметрам усилителей относят:
Коэффициент усиления – отношение амплитуды выходного сигнала к амплитуде входного в установившемся режиме при гармоническом входном сигнале. Сигнал может описываться напряжением, током или мощностью. Поэтому различают:
Коэффициент усиления по напряжению, по току и по мощности:
K Uвых , |
KI |
Iвых |
, |
KP Pвых . |
|
|
|||||
U |
Uвх |
|
Iвх |
Pвх |
|
|
|
||||
Для многокаскадных усилителей коэффициент усиления определяется произведением коэффициентов усиления отдельных
каскадов, выраженных в абсолютных единицах, или суммой коэффициентов усиления, выраженных в децибелах:
KU KU 1KU 2 ...KUN (раз), KU KU1 KU 2 ... KUN (дБ),
Входное сопротивление усилителя (полное Zвх или Rвх)
представляет собой сопротивление между входными зажимами усилителя и определяется отношением входного напряжения к входному току:
Zвх Uвх . Iвх
Выходное сопротивление (полное Zвых или Rвых ) определяют
между выходными зажимами при отключенном сопротивлении нагрузки:
Zвх Uвх . Iвх
Коэффициент демпфирования – отношение сопротивления нагрузки к выходному сопротивлению схемы:
Kд RRн .
вых
Выходная мощность – мощность на выходе усилителя при работе на расчётную нагрузку и заданном коэффициенте гармони или нелинейных искажений:
U 2
P m _ вых вых 2Rн .
Коэффициент полезного действия – отношение выходной мощности, отдаваемой усилителем в нагрузку, к общей мощности, потребляемой от источника питания:
( Pвых ) 100% .
Pп