готовые лабы иваненко (титульник)

Посмотреть архив целиком












































Исследование рабочей точки в транзисторном усилительном каскаде

Цель работы.

Ознакомление с основными прин­ципами построения транзисторного усилительного каскада.

Краткие теоретические сведения.

При построении усилительного каскада с использованием тран­зистора важное значение имеет правильное соотношение между ве­личинами постоянных составляющих токов и напряжений электродов транзистора. При входном сигнале, равном нулю, через электроды транзистора протекают только постоянные составляющие токов, которые и определяют положение рабочей точки на динамических вольт­амперных характеристиках транзистора.

Поскольку рабочая точка является точкой приложения нулевой линии усиливаемого сигнала переменного тока, то от ее положения зависит линейность усиления входных сигналов. Наличие такой за­висимости можно проиллюстрировать на примере динамической пере­ходной характеристики транзистора, изображенной на рис. 4. Рас­смотрим, как будет происходить усиление транзистором входного сигнала iБ = IБM sint при трех возможных положениях рабочей точки A1, A2, и А3

При положении рабочей точки А1 огибающая коллекторного тока повторяет форму входного сигнала без искажений, т.е. нелинейные искажения в этом случае отсутствуют. При положении A2 форма выходного сигнала искажена, при­чем происходит искажение полуволны выходного тока, воспроизво­дящей отрицательную полуволну входного сигнала. При положении А3 форма выходного сигнала также искажена, но происходит искажение полуволны, соответствующей положительной полуволне входного сигнала.

Можно сделать вывод, что для неиска­женного усиления каскадом входного сигнала рабочая точка тран­зистора должна располагаться посередине линейного участка динамической переходной вольтамперной характеристики. В этом случае рабочая точка будет являться оптимальной, так как она обеспечивает получение максимальной амплитуды выходного сигнала при отсутствии нелинейных искажений. Отклонения от среднего положения лишают рабочую точку оптимальности. Отсутствие нелинейных искажений может быть достигнуто, но при этом амплитуда выходного напряжения будет меньшей, чем в случае оптимальной рабочей точки.

Кроме влияния на линейность усиления входных сигналов по­ложение рабочей точки сказывается и на количественной оценке такого усиления, в частности, на величине коэффициента усиле­ния каскада по напряжению. Происходит это потому, что значения большинства параметров транзистора зависят от величины тока, протекающего в цепи коллектора, а следовательно, от положения рабочей точки.






























Лабораторная установка.

Лабораторная установка состоит из транзисторного усилитель­ного каскада, выполненного в виде специальной лабораторной па­нели, стабилизированного источника питания, электронного осцил­лографа С1-65А, генератора электрических сигналов Г3-111, универсального электронного вольтметра В7-35 и набора коммутационных кабелей.

Основной частью лабораторной установки является простейший транзисторный усилительный каскад с RC-связью, в котором мож­но получать три различных фиксированных положения рабочей точки. Электрическая принципиальная схема каскада приведена на рис. 5.

На передней панели экспериментальной установки изображена электрическая схема, размещены клеммы источника питания ЕК , клеммы "Вход" и "Выход" каскада, контрольные точки КТ1, КТ2. Кроме того, на панели имеются коммутационные штыри, электриче­ски связанные с точками Х1, Х2, ХЗ, Х4 схемы усилительного каскада. Соединение с помощью коммутационного шнура попарно штырей 1-2, 1-3, 1-4 приводит к изменению величины напряжения смещения UБЭР, в результате чего рабочая точка транзистора изменяет свое положение. Так, при замыкании штырей 1-2 имеем наименьшее значение UБЭР, ко­торому соответствует положение рабочей точки А2 (рис. 4), а замыкание штырей 1-4 дает наибольшее значение UБЭР – ему соответствует положение А3.

Координаты рабочей точки UКЭР, IКР определяются изме­рением напряжений на контроль­ных точках KT1 и KT2 с последующим вычислением тока IКР, для чего необходимо знание вели­чин сопротивления R5 и напряжения ЕК.

Полученные координаты рабочих точек А1, А2 и А3 должны быть нанесены на динамическую выходную характеристику транзис­тора – линию нагрузки, которая строится на плоскости выходных статических вольтамперных характеристик по двум точкам:

IК = EК / R5, UКЭ = 0 и IК = 0, UКЭ = EК.Статические выходные вольтамперные характеристики транзистора приведены на рис. 6.



Экспериментальная часть.

0. Номер лабораторной панели 6

UИП К ) = 12В, R5 = 2.2 кОм.

1. Устанавливаем на выходе стабилизированного источника пи­тания напряжение

EК = 10 В, пользуясь электрон­ным вольтметром B7-35.

2. Отключив тумблером от сети источник питания, подсоеди­няем с соблюдением полярности к его клеммам провода от клемм "+ EК" и "- EК" усилительного каскада.

3. Соединяем штекерной перемычкой штыри 1-3 усилительно­го каскада (рабочая точка A1) и включаем тумблером источник питания в сеть.

4. Измеряем электронным вольтметром напряжение UБЭ, UКЭ (на KT1 и КТ2 относительно общего провода) и напряжение UКБ – между KT1 и КТ2:

UБЭ = 0.78 В, UКБ = 5,80 В, UКЭ = 4,9 В.

Проверка: UКЭ = UКБ + UБЭ : 5,80 + 0,78 = 5,68 – верно.

5. Определяем координаты рабочей точки: UКЭР = UКЭ, IКР = (EКUКЭ) / R5

UКЭР = 5,68 В, IКР = (12 – 5,68) / 2200 = 2,8 мА.

6. На плоскости статических выходных вольтамперных харак­теристик транзистора строим по двум точкам линию нагрузки и наносим на нее полученные координаты рабочей точки (рис. 6).

7. Вход усилительного каскада с помощью экранированного кабеля соединяем с выходом генератора сигналов Г3-111. К выходу усилительного каскада с помощью экранированного кабеля подключаем электронный осциллограф. На выходе генератора сигналов устанавливаем сигнал с частотой 1000 Гц.

8. Изменяя по величине сигнал с выхода генератора от 0 до некоторого UВХ MAX, снимаем амплитудную характеристику уси­лительного каскада. Величины входных и выходных напряжений переменного тока измеряем электронным вольтметром на соответст­вующих клеммах, контролируя наличие нелинейных искажений по экрану электрон­ного осциллографа:

UВХ 1 = 10,3 мВ, UВЫХ 1 = 0,7 В;

UВХ 2 = 21,3 мВ, UВЫХ 2 = 1,4 В;

UВХ 3 = 33,2 мВ, UВЫХ 3 = 2,1 В;

UВХ 4 = 47,2 мВ, UВЫХ 4 = 2,8 В;

UВХ 5 = 64,1 мВ, UВЫХ 5 = 3,5 В;

UВХ 6 = 94,7 мВ, UВЫХ 6 = 4,2 В;

9. Строим амплитудную характеристику усилительного каскада (рис. 7) и определяем его коэффициент усиления по напряжению КU, соответствующий данному положению рабочей точки: КU = UВЫХ / UВХ

КU = 3,76 / 0.069 = 54,5.

10. Отключаем от сети тумблером источник питания, соединяем штекерной перемычкой штыри 1-2 (рабочая точка А2). Включаем источник питания и повторяем эксперимент для нового поло­жения рабочей точки.

11. Измеряем электронным вольтметром напряжение UБЭ, UКЭ (на KT1 и КТ2 относительно общего провода) и напряжение UКБ – между KT1 и КТ2:

UБЭ = 0.68 В, UКБ = 8,01 В, UКЭ = 8,84 В.

Проверка: UКЭ = UКБ + UБЭ : 8,01+ 0,68 = 8,69 – верно.

12. Определяем координаты рабочей точки: UКЭР = UКЭ, IКР = (EКUКЭ) / R5

UКЭР = 8,69 В, IКР = (12 – 8,69) / 2200 = 1,5 мА.

13. На плоскости статических выходных вольтамперных харак­теристик транзистора строим по двум точкам линию нагрузки и наносим на нее полученные координаты рабочей точки (рис. 6).

14. Вход усилительного каскада с помощью экранированного кабеля соединяем с выходом генератора сигналов Г3-111. К выходу усилительного каскада с помощью экранированного кабеля подключаем электронный осциллограф. На выходе генератора сигналов устанавливаем сигнал с частотой 1000 Гц.

15. Изменяя по величине сигнал с выхода генератора от 0 до некоторого UВХ MAX, снимаем амплитудную характеристику уси­лительного каскада. Величины входных и выходных напряжений переменного тока измеряем электронным вольтметром на соответст­вующих клеммах, контролируя наличие нелинейных искажений по экрану электрон­ного осциллографа:

UВХ 1 = 4,2 мВ, UВЫХ 1 = 0,2 В;

UВХ 2 = 8,3 мВ, UВЫХ 2 = 0,4 В;

UВХ 3 = 12,5 мВ, UВЫХ 3 = 0,6 В;

UВХ 4 = 16,8 мВ, UВЫХ 4 = 0,8 В;

UВХ 5 = 21,5 мВ, UВЫХ 5 = 1,0 В;

UВХ 6 = 30,0 мВ, UВЫХ 6 = 1,2 В;

16. Строим амплитудную характеристику усилительного каскада (рис. 7) и определяем его коэффициент усиления по напряжению КU, соответствующий данному положению рабочей точки: КU = UВЫХ / UВХ

КU = 1,07 / 0,0227 = 47,1

17. Отключаем от сети тумблером источник питания, соединяем штекерной перемычкой штыри 1-4 (рабочая точка А3). Включаем источник питания и повторяем эксперимент для нового поло­жения рабочей точки.

18. Измеряем электронным вольтметром напряжение UБЭ, UКЭ (на KT1 и КТ2 относительно общего провода) и напряжение UКБ – между KT1 и КТ2:

UБЭ = 0.74 В, UКБ = 3,43 В, UКЭ = 4,2 В

Проверка: UКЭ = UКБ + UБЭ : 3,43 + 0.74 = 4,17 – верно.

19. Определяем координаты рабочей точки: UКЭР = UКЭ, IКР = (EКUКЭ) / R5

UКЭР = 4,17 В, IКР = (12 – 4.17) / 2200 = 3,5 мА.

20. На плоскости статических выходных вольтамперных харак­теристик транзистора строим по двум точкам линию нагрузки и наносим на нее полученные координаты рабочей точки (рис. 6).

21. Вход усилительного каскада с помощью экранированного кабеля соединяем с выходом генератора сигналов Г3-111. К выходу усилительного каскада с помощью экранированного кабеля подключаем электронный осциллограф. На выходе генератора сигналов устанавливаем сигнал с частотой 1000 Гц.

22. Изменяя по величине сигнал с выхода генератора от 0 до некоторого UВХ MAX, снимаем амплитудную характеристику уси­лительного каскада. Величины входных и выходных напряжений переменного тока измеряем электронным вольтметром на соответст­вующих клеммах, контролируя наличие нелинейных искажений по экрану электрон­ного осциллографа:

UВХ 1 = 6,6 мВ, UВЫХ 1 = 0,5 В;

UВХ 2 = 13,4 мВ, UВЫХ 2 = 1,0 В;

UВХ 3 = 20,2 мВ, UВЫХ 3 = 1,5 В;

UВХ 4 = 27,4 мВ, UВЫХ 4 = 2,0 В;

UВХ 5 = 35,3 мВ, UВЫХ 5 = 2,5 В;

23. Строим амплитудную характеристику усилительного каскада (рис. 7) и определяем его коэффициент усиления по напряжению КU, соответствующий данному положению рабочей точки: КU = UВЫХ / UВХ

КU = 2450 / 34,5 = 71