ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 2

ОДНОКАСКАДНЫЕ УСИЛИТЕЛИ С ЕМКОСТНОЙ СВЯЗЬЮ НА БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ

1. Цели лабораторной работы

Целями лабораторной работы являются:

-Закрепление теоретического учебного материала по вопросам построения, анализа и расчета базовых однокаскадных схем усилителей с емкостной связью (схемы ОБ, ОЭ, ОК)

– Умение проводить анализ и расчет режимов работы усилителей с емкостной связью по постоянному и переменному току на биполяр––– ных транзисторах

– Умение проводить расчет предложенных схем усилителей по заданным исходным данным

– Проведение экспериментального исследования предложенных схем с использованием лабораторноq станции NI ELVIS ǀǀ⁺ и программы схемотехнического проектирования MULTISIM.

3. Описание схем, исследуемых в работе. Основные соотношения в схемах

Принципиальные схемы базовых однокаскадных усилительных каскадов на биполярных транзисторах приведены на рисунках 15,16,17. Главное , что их отличает – это способ подачи входного сигнала к управляющим электродам транзистора. Критерием отнесения способа подачи входного сигнала к тому или другому виду служит наличие общей точки между управляющим и выходным сигналами транзистора. Эту точку называют часто “землей” схемы. Различают три способа подачи входного сигнала:

1. Транзистор включен по схеме “общий эмиттер” (усилитель по схеме ОЭ, ( рис. 16). В этой схеме общей точкой для управляющего сигнала и выходного является эмиттер транзистора.

2. Транзистор включен по схеме “общая база” (усилитель по схеме ОБ, рис.15). В этой схеме общей точкой для управляющего сигнала и выходного является база транзистора.

3. Транзистор включен по схеме “общий коллектор” (усилитель по схеме ОК, рис.17). В этой схеме общей точкой для управляющего сигнала и выходного является коллектор транзистора.

3.1 Усилитель по схеме об.

Схема ОБ функционирует следующим образом. С помощью источников постоянного напряжения Е_Э, Е_К и резисторов R_Э, R_K задается исходное рабочее состояние транзистора (в дальнейшем условно обозначаемое буквой А), обеспечивающее необходимые параметры входного напряжения. Входной сигнал, поступающий от источника Е_Г с внутренним сопротивлением R_Г, создает в эмиттерной цепи транзистора управляющий ток i_э, который с коэффициентом передачи по току α передается в цепь коллектора. Создаваемое током коллектора i_к= αi_э падение напряжения на эквивалентном сопротивлении нагрузки R_Kǀ׀R_Н=R_КН и является выходным напряжением усилителя. Конденсатор C₁ устраняет связь по постоянному току между источником Е_Г и входной цепью транзистора, а конденсатор С₂ – между выходной цепью транзистора и сопротивлением нагрузки.

Статический режим схемы характеризуется следующими значениями токов и напряжений:

а) Ток покоя в цепи эмиттера

–(18)

б ) Ток покоя в цепи коллектора:где α₀ – коэффициент передачи по току транзистора в схеме ОБ

в) Напряжение на эмиттере:

(19)

Рис.15

г) Напряжение на коллекторе:

₍₂₀₎

Для динамического режима работы схемы наиболее значимыми являются соотношения:

1. В области средних частот:

а ) Входное сопротивление транзистора :

, (21)

где r_э- сопротивление перехода база-эмиттер, r_б- сопротивление проводящего слоя базы

б ) Коэффициент передачи по напряжению:

22)

в) Выходное сопротивление схемы (относительно зажима коллектора):

(23)

где r_k – сопротивление коллекторного перехода

2. В области нижних частот:

C понижением частоты входного сигнала возрастает сопротивление разделительных конденсаторов, что и отражается на частотной зависимости коэффициента передачи по напряжению. Рассматривая электрические процессы в входной и выходной цепях усилителя независимым, получим;

а) Комплексный коэффициент передачи:

(24)

где – эквивалентная постоянная времени в области низших частот, τ_н1=С₁(R_Г+R_ВХ(ОБ)), τ_н2=С₂(R_К+R_Н),

б) Модуль комплексного коэффициента передачи(АЧХ)

(25)

в) Фазо – частотная характеристика (ФЧХ):

(26)

г) Значение нижней граничной частоты:

(27)

д ) Коэффициент частотных искажений, представляющий отношение:

(28)

Заметим, что на граничной частоте ω_н коэффициент частотных искажений принимает значение М_Н= 1.4.

3. В области высших частот:

С переходом частоты входного сигнала за пределы полосы пропускания, ограниченной сверху значением ω=ω_в, существенную роль в формировании частотных свойств усилителя приобретают зависимость коэффициента передачи по току транзистора, емкости переходов транзистора, емкость нагрузки, паразитные емкости элементов схемы.

Анализ совокупного влияния отмеченных элементов на частотные зависимости в схеме ОБ позволяет получить следующие соотношения:

а) Комплексный коэффициент передачи:

((29)

где; τ_вэкв=τ_α+(С_K+С_Н^*)R_КН – эквивалентная постоянная в области высших частот, С_К – емкость коллекторного перехода, С_Н – емкость нагрузки, τ_α – постоянная времени, определяющая зависимость коэффициента передачи по току в схеме ОБ:

(30)

Постоянная времени τ_α определяет собственную верхнюю граничную частоту коэффициента передачи по току:

f_α=1/2πτ_α (31)

б) Модуль комплексного коэффициента передачи(АЧХ)

(32)

в) Фазо – частотная характеристика (ФЧХ):

(33)

г) Значение верхней граничной частоты:

(34)

д ) Rоэффициент частотных искажений, представляющbq отношение:

(35)

На граничной частоте ω_н коэффициент частотных искажений принимает значение М_В= 1.4.