Лабораторна робота № 5

ДОСЛІДЖЕННЯ КАСКАДУ ПОПЕРЕДНЬОГО ТРАНЗИСТОРНОГО ПІДСИЛЮВАЧА

Мета роботи: вивчення особливостей роботи попереднього транзисторного підсилювача низької частоти.

Знати: принцип дії попередніх транзисторних підсилювачів низької частоти.

Вміти: дослідним шляхом визначати характеристики попередніх транзисторних підсилювачів низької частоти.

Обладнання: попередній транзисторний підсилювач низької частоти, генератор низької частоти, осцилограф, вольтметр, навантажувальний резистор змінного опору.

Короткі теоретичні відомості

Призначення підсилювача в кінцевому результаті полягає в отриманні на заданому опорі кінцевого навантажувального пристрою необхідної потужності сигналу, що посилюється.

Як джерело вхідного сигналу в ПНЧ можуть використовуватися такі пристрої, як мікрофон, звукознімач, фотоелемент, термопара, детектор і т. д.

Більшість з перерахованих вище джерел вхідного сигналу розвивають дуже низьку напругу. Подавати його безпосередньо на каскад посилення потужності не має змісту, оскільки при такій слабій керуючій напрузі неможливо отримати значні зміни вихідного струму, а отже, і вихідної потужності. Тому до складу структурної схеми підсилювача, крім вихідного каскаду, що віддає необхідну потужність корисного сигналу в навантаження, як правило, входять і попередні каскади підсилення.

Ці каскади прийнято класифікувати по характеру опору навантаження у вихідному ланцюгу транзистора. Найбільше застосування отримали резистивні підсилювальні каскади, опором навантаження яких служить резистор.

У каскадах попереднього підсилення на біполярних транзисторах частіше за інших використовується схема із загальним емітером, яка володіє високим коефіцієнтом підсилення по напрузі та потужності, порівняно великим вхідним опором та допускає використання одного загального джерела живлення для кола емітера і колектора.

Розглянемо принципи побудови і особливості роботи найбільш поширених схем попереднього підсилення.

Р

Рис. 1

езистивний каскад на біполярному транзисторі. Найпростіша схема резистивного підсилювального каскаду із загальним емітером і живленням від одного джерела показана на рис. 1. Вхідний сигнал поступає на базу і змінює її потенціал відносно заземленого емітера. Це приводить до зміни струму бази, а отже, до зміни струму колектора і напруги на навантажувальному опорі R_K. Розділовий конденсатор С_рІ служить для запобігання протіканню постійної складової струму бази через джерело вхідного сигналу. З допомогою конденсатора С_р2 на вихід каскаду подається змінна складова напруги Uке, що змінюється згідно із законом вхідного сигналу, але значно перевищує його по величині. Важливу роль грає резистор Rб в колі бази, який забезпечує вибір вихідної робочої точки на характеристиках транзистора і визначає режим роботи каскаду по постійному струму.

Процес посилення сигналу схемою із загальним емітером можна виразити таким взаємозв’язком електричних величин

Цей процес можна проаналізувати з допомогою графіків приведених на рис. 2.

Розглядаючи спочатку рис. 2 а, а потім рис. 2 б, можна пересвідчитися в тому, що напруга вхідного сигналу з амплітудою синфазно змінює величину струму бази. Ці зміни базового струму викликають в колекторному колі пропорційні зміни струму колектора і напруги на колекторі. Причому амплітуда колекторної напруги виявляється значно більше амплітуди напруги на базі.

Д

Рис. 2

ля отримання найменших спотворень сигналу, що посилюється робочу точку Р слідує розміщувати на середині відрізка АВ навантажувальної прямої, побудованої в сімействі вихідних характеристик транзистора. З мал. 2, б видно, що положення робочої точки Р відповідає струму зміщення в колі бази І_Бр. Для отримання вибраного режиму необхідно в підсилювачі забезпечити необхідну величину струму зміщення в колі бази. Для цього і служить резистор R_Б в схемі рис. 1.

Схема, приведена на мал. 1, отримала назву схеми з фіксованим базовим струмом. Зміщення фіксованим струмом бази відрізняється мінімальним числом деталей і малим споживанням струму від джерела живлення. Крім того, порівняно великий опір резистора RB (десятки кілоом) практично не впливає на величину вхідного опору каскаду. Однак цей спосіб зміщення придатний лише тоді, коли каскад працює при малих коливаннях температури транзистора. Крім того, велика різниця і нестабільність параметрів навіть у однотипних транзисторів роблять режим роботи каскаду нестійким при зміні транзистора, а також з часом.

Більш ефективною є схема з фіксованою напругою зміщення на базі рис. 3. У цій схемі резистори і підключені паралельно джерелу живлення Е_К, складають дільник напруги.

П

Рис. 3

ри цьому підвищується стабільність режиму роботи схеми, оскільки зміни струму в колах емітера і колектора транзистора трохи впливають на величину напруги зміщення. Разом з тим струм дільника не треба вибирати дуже великим з міркувань економічності, оскільки чим більше струм Ід, тим більш потужним повинно бути джерело живлення Е_К.

При побудові схем транзисторних підсилювачів вживають заходів для стабілізації положення робочої точки на характеристиках. Основний дестабілізующий фактор, що порушує стійку роботу транзисторної схеми, вплив температури існують різні способи термостабілізації режиму работи транзисторних каскадів.

САМОСТІЙНА ПІДГОТОВКА ДО ВИКОНАННЯ

ЛАБОРАТОРНОЇ РОБОТИ.

1. Записати до протоколу паспортні дані приладів.

2. Дайте письмову відповідь на одне із запитань (згідно варіанту).

ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ.

1. Вивчити будову дослідного стенда. Дослідний стенд складається з комп’ютера, на якому встановлена програма генератора, попереднього підсилювача та двохпроменевого осцилографа. Частота, величина вхідного сигналу та його форма задаються з допомогою комп’ютера. Значення вхідного та вихідного сигналів визначають з допомогою двопроменевого осцилографа. Частоту сигналу виставляють з допомогою шкали Frequency. Рівень сигналу виставляють з допомогою шкали Left Amplitude. Розмірність шкали дано у відсотках відносно максимально можливого сигналу.

Частоту та рівень сигналу можна виставити такими способами: набором цифр у крайньому лівому вікні; пересуваючи курсор вліво або вправо; секторами з стрілками на кінцях шкали. Форма сигналу вибирається з допомогою позицій: Sine – синусоподібний; Square – прямокутний; Sawtooth – пилоподібний; Pulse – дискретний.

2. Підключити попередній підсилювач до мережі живлення.

3. Зняти амплітудну характеристику підсилювача .

Для цього встановити на шкалі Frequency фіксовану частоту (за вказівкою викладача). Встановити певну форму сигналу. Змінюючи рівень вхідного сигналу з допомогою шкали Left Amplitude від нуля до максимуму через кожні 10%, вимірюють величину напруги на вході та виході підсилювача з допомогою двопроменевого осцилографа. Вимірювання проводять для двох форм сигналу. Дані вимірювань заносять до таблиці 1.

4. Зняти частотну характеристику підсилювача .

На вхід підсилювача подають напругу, що складає 50-70% від максимальної. Підтримуючи напругу незмінною, змінюють частоту вхідного сигналу від 500 Гц до 22 кГц і знімають 18-20 значень частоти та напруги вихідного сигналу. Вимірювання проводять для двох форм сигналу. Дані заносять до таблиці 2.