Контрольные вопросы
1.Чем отличается собственная и примесная электропроводности полупроводников?
2. Опишите возникновение и свойства p-n перехода.
3. Опишите устройство и принцип действия биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером.
4. Начертите и поясните вид входных и выходных характеристик транзистора при включении его по схеме с общим эмиттером.
5. Какие еще имеются схемы включения биполярного транзистора? Перечислите их основные свойства.
6. Перечислите и поясните физический смысл h-параметров транзистора. Как их определить из статических характеристик?
7. Как изменяется коэффициент h21э при изменении h21б?
8. Почему транзистор, включенный по схеме с общим эмиттером, может обеспечить усиление по току?
9. Почему входное сопротивление транзистора в схеме с общим эмиттером больше, чем в схеме с общей базой?
10. Почему значение h21э превышает 1?
11. Какие электрические параметры характеризуют положение рабочей точки на статических характеристиках транзистора?
12. Каковы особенности активного режима работы транзистора? Какие еще режимы работы транзистора вам известны?
Содержание отчета
Наименование работы.
Цель работы.
Таблицы наблюдений и необходимые расчеты, графики семейств характеристик.
Краткие ответы на контрольные вопросы.
Выводы.
Лабораторная работа 4 Исследование двухкаскадного усилителя
Цели работы: 1. Ознакомление с устройством и работой двухкаскадного усилителя.
2. Исследование основных характеристик усилителя.
3. Изучение влияния обратных связей на работу усилителя.
Оборудование: 1. Лабораторный макет.
2. Звуковой генератор Г3-33.
3. Двухлучевой осциллограф CI-77.
4. Цифровой вольтметр В7-16А.
Рекомендательный библиографический список: [1], Гл.9: §§ 9.1–9.7, 9.9, 9.11; [2], Гл.5: §§ 5.1, 5.2, 5.4, 5.6, 5.7; [4], Гл.5: §§ 5.1, 5.2, 5.5; [5], Гл.5: §§ 5.1–5.4, 5.8, 5.9.
В современной технике широко используется принцип управления энергией, позволяющий при помощи затраты небольшого его количества управлять энергией во много раз большей. Устройства, которые осуществляют плавное управление энергией, причем управляемая энергия значительно превышает управляющую, называются усилителями. Наиболее часто используются усилители электрических сигналов, у которых управляющая и управляемая энергии представляют собой электрическую энергию.
В данной работе исследуется усилитель звуковой частоты, усиливающий амплитуду подводимых колебаний в диапазоне частот, воспринимаемом человеческим ухом.
Для описания свойств усилителей используют ряд параметров и характеристик.
Одной из основных характеристик является амплитудно-частотная или просто частотная характеристика, которая показывает зависимость коэффициента усиления К=Uвых/Uвхот частоты входного сигнала. Для многокаскадных усилителей общий коэффициент усиления находится как произведение коэффициентов усиления отдельных каскадов.
Второй важной характеристикой является амплитудная характеристика, представляющая собой зависимость амплитуды выходного напряжения усилителя от амплитуды его входного напряжения для заданной частоты.
В идеальном усилителе выходное напряжение совпадает по форме с входным напряжением. В реальных усилителях так не бывает. Всякие отклонения формы выходного напряжения от формы входного называются искажениями, которые вносит усилитель. Различают несколько видов искажения сигнала в усилителях: нелинейные, частотные и фазовые.
Нелинейными искажениями называют изменение формы выходного напряжения, вызванное появлением на выходе усилителя новых гармонических составляющих. Основной причиной появления в усилителе нелинейных искажений в первую очередь является нелинейность характеристик усилительных элементов, проявляющаяся при усилении сигналов больших амплитуд, а также частотная зависимость сопротивлений разделительных и шунтирующих конденсаторов. Искажения уменьшают, когда рабочие точки усилительных элементов, а также полный размах входного сигнала остаются в пределах линейных участков ВАХ и при использовании конденсаторов большой емкости.
Частотными искажениями называют изменение формы выходного напряжения, вызванное изменением относительных значений амплитуд отдельных гармонических составляющих. Наличие частотных искажений приводит к зависимости коэффициента усиления усилителя от частоты.
Фазовыми искажениями называют изменение формы выходного напряжения, вызванное неодинаковым сдвигом во времени отдельных гармонических составляющих.
Обратной связью называется передача части энергии сигнала с выхода усилителя на его вход. Обратная связь бывает:
положительной, если подводимое с выхода усилителя напряжение совпадает по фазе с входным напряжением.
отрицательной, если подводимое с выхода усилителя напряжение противофазно входному напряжению.
В
качестве примера на рис.4.1 изображена
структурная схема усилителя, охваченного
обратной связью.
Обратные связи могут осуществляться в пределах одного каскада (внутрикаскадные), а также между выходом любого последующего каскада (в том числе последнего) и входом любого предыдущего (в том числе первого).
Положительная обратная связь (ПОС) увеличивает коэффициент усиления усилителя: Kс=K/(1–K),
где: Кс – коэффициент усиления усилителя с обратной связью;
К– коэффициент усиления усилителя без обратной связи;
β– коэффициент обратной связи.
При ПОС все параметры усилителя ухудшаются: увеличиваются нелинейные и частотные искажения, снижается температурная стабильность режимов усилительных элементов, уменьшается входное и увеличивается выходное сопротивления усилителя. При определенных условиях коэффициент усиления Ксможет принять бесконечное значение. Физически это означает, что бесконечно малое изменение напряжения на входе усилителя приведет к появлению на входе усилителя большого сигнала, ограниченного только мощностью источника питания и параметрами усилительных элементов. При этом усилитель самовозбуждается, превращаясь в генератор сложной несинусоидальной формы. Вероятность самовозбуждения тем выше, чем больше коэффициент усиленияК.
Обычно ПОС в усилителях паразитные и возникают при неправильно выполненном монтаже.
В усилителях чаще всего применяют отрицательную обратную связь (ООС). Отрицательная обратная связь улучшает все параметры усилителя, кроме коэффициента усиления, который уменьшается. Она уменьшает нелинейные и частотные искажения.
При отрицательной обратной связи: Kс=K/(1+K).
Из формулы видно, что в усилителе с ООС усиление уменьшается в 1+Kβраз. Несмотря на это, ООС широко применяется в усилителях, так как её введение улучшает характеристики усилителя и уменьшает искажения, возникающие в усилителе.
Со схемной точки зрения различают: последовательную и параллельную обратные связи (в зависимости от схемы присоединения цепи обратной связи к входу усилителя), по напряжению и по току (в зависимости от присоединения цепи обратной связи к выходу усилителя). Соответственно, возможны четыре варианта схем усилителей с обратной связью. На рис. 4.1 показана наиболее часто используемая структурная схема усилителя с последовательной ООС по напряжению.
Введение ООС не только уменьшает искажение сигнала, но и изменяет входное и выходное сопротивления усилителя (Rвх и Rвых). Влияние ООС на входное и выходное сопротивления зависит от способа подачи сигнала ООС на вход усилителя по отношению к входному сигналу, а также от того, какому из параметров выходного сигнала он пропорционален (току или напряжению). Для схемы на рис. 4.1 входное сопротивление усилителя увеличивается в (1+Кβ) раз (последовательная обратная связь), а выходное сопротивление уменьшается во столько же раз по сравнению с усилителем без ООС (обратная связь по напряжению).