2-2 (ЭиЭ лаба 2-2)

Лабораторная работа № 2-2

Усилительные КАСКАДЫ НА ТРАНЗИСТОРАХ

Цель работы Целью настоящей работы является исследование и сравнение основных параметров одиночных каскадов в области средних час­тот на биполярных транзисторах (СЭ, ОК, ОБ) и на полевых тран­зисторах (СИ, ОС). Одиночный каскад на полевых транзисторах с общим затвором самостоятельно используется редко и поэтом в данной работе не исследуется.

Литература

I. Отепаненко И.П. Основы теории транзисторов и транзис­торных схем.-М. : Энергия, 1977.

?.. Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроника: Учеб. пособие для вузов.-М. : Высшая школа, 1982.

3. Транзисторы для аппаратуры широкого применения: Спра­вочник /Под ред.Б.Л.Перельмана.-М.: Рацио и связь, 1981.

Описание лабораторной установки

На рис.2 приведена полная принципиальная схема лаборатор­ной установки. Ока включает в себя входное устройство, три оди­ночных каскада на биполярных транзисторах и два одиночных .кас­када на полевых транзисторах.

Входное устройство служит для согласования внешнего гене­ратора синусоидального сигнала с исследуемым одиночным каска­дом. Оно предотвращает перегрузку генератора и ограничивает уровень входных сигналов, подаваемых на одиночные каскады.

Транзистор Т I включен по схеме с ОЭ, при этом резисторы R2 и R3 в цепи его базы, а также R4 и R5, соответственно, в цепи коллектора и эмиттера задают начальный режим каскада по постоянному току.

Транзистор Т2 включен по схеме с ОК (Эмиттерный повтори­тель), причем с помощью резисторов R8 и R9 в цепи базы и резистора R10 в цепи эмиттера задают начальный режим каскада по постоянному току.

Т ранзистор ТЗ включен по схеме с OБ с одним источником питания, причем R15 и R16 в цепи базы, R1З и R14, соответственно,

в цепях коллектора и эмиттера обеспечивают начальный ре­жим каскада по постоянному току.

Транзистор Т4 включен по схеме с ОИ, причем резисторы R19 в цепи затвора, резисторы R20 и R21, соответственно, в цепях стока и истока обеспечивают начальный режим по постоян­ному току.

Транзистор Т5 включен по схеме с ОС (истоковый повтори­тель), причем резисторы R24 и R25 в цепи затвора, R26 в цепи истока обеспечивают начальный режим каскада по постоянному то­ку.

На входе и выходе каждого каскада стоят разделительные емкости для каскада - ОЭ CI и С2, для каскада OК С4 и С5, для каскада ОБ С6 и С7, для каскада ОИ С9 и С10 и, наконец, для каскада ОС CI2 и CI3. Кроме того, в каскадах 03, ОБ, Ой исполь­зуются блокирующие емкости, соответственно, СЗ, С8, СП. Вход­ные разделительные ёмкости разделяют цепи генератора сигна­лов и входные цепи каскадов по постоянному току, выходные раз-целительные ёмкости разделяют цепи нагрузки и выходные цепи каскадов. Блокирующие ёмкости СЗ, С8, С11 обеспечивают "зазем­ление" по переменному току соответствующих электродов - эмит­тера в схеме ОЭ, базы в схеме ОБ и истока в схеме ОИ.

На входе каждого каскада также включен резистор, выпол­няющий роль сопротивления генератора входных сигналов (для ОЭ-R1, 0К-R7, 0Б-R12, 0И-R18, 0С-R23). Эти резисторы могут быть закорочены при помощи ключей KI, КЗ, К5, К7, К9 соответственно.

На выходе каждого каскада при помощи ключей К2, К4, Кб, К8 и КТО может быть подключен соответствующий резистор, выпол­няющий роль сопротивления нагрузки (для С3-R6, 0К-R11, 0В-R17, СИ-R22, 0С-R27). Ключи К1*КЮ позволяют исследовать работу каж­дого каскада при нулевом сопротивлении генератора сигналов и при каком-то конкретном его значении, а также в режиме холос­того хода и при конкретном значении нагрузки.

Расчетное задание (Выполняется студентами дневного отделения)

Каждый студент по указанию преподавателя производи? рас­чет одной из схем включения транзистора (ОЭ, ОК, ОБ, ОИ и ОС) (исходные данные для расчета берутся в соответствии с заданным вариантом из таблицы 1 и 2):

а) при заданных номиналах резисторов схем по рис.2 и параметрах транзисторов МП41 и КПК из табл.1 или табл.2 определить начальный режим каскада по постоян­ному току. Сравнить рассчитанные значения с экспери­ментальными результатами;

б) для каскадов на биполярных транзисторах провести рас­чет изменения тока коллектора ∆Ik и напряжения коллектор-эмиттер ∆Uk для каскадов ОЭ, ОК, ОБ при изменении температуры окружающей среды от +20°С° до +60°С;

в) провести расчет методом эквивалентных схем среднечастотных параметров каскадов К_u, К_i, Р_вх и P_вых. Сравнить рассчитанные значения с экспериментальными результатами.

При выполнении пунктов а), б), в) расчетного задания счи­тать ключи KI, КЗ, К5, К7, К9 в схеме на рис.2 разомкнутыми, а ключи К2, К4, Кб, Кб и КТО замкнутыми. Тогда для каскада 03 имеем g_r=500 Ом. £„=1,2к0м; для OK- R_r=5 кОм, R«=200 Ом; для каскада ОБ- R_r=I0 Ом, R„=I,2 кОм; для каскада ОЙ- R_r=I00 кОм, Е_я=3,9 кОм; для каскада ОС-Е_Г=500 кОм, Е_н=1 кОм.

Рабочее задание

I. Для одиночного каскада ОЭ на транзисторе Т I:

а) В отсутствие входного сигнала измерить постоянное(ре­жимное) напряжение на коллекторе относительно обшей шины, рассчитать постоянный (режимный) ток коллектора. Измерения проводить вольтметром постоянного напряже­ния.

б) Согласно п.5 методических указаний измерить входное
сопротивление каскада Rвх дважды - сначала при Rн=1,2 кОм (К2- замкнут) и затем при работе каскада в режиме холостого хода на выходе (К2-разомкнут). Измерения проводить вольтметром переменного напряжения при величине U_Г =15 мВ (частота входного сигнала 1 кГц).

в) Согласно п.6 методических указаний измерить выходное сопротивление каскада Rвых дважды - сначала при RГ==500 Ом (KI-разомкнут) и затем при R_г=0 (KI-замкнут). Измерения проводить при величине U_r=15 мВ.

г) Согласно п.7 методических указаний измерить коэффициент усиления по напряжению K_uг дважды - сначала при R_r =500 Ом и R_N=I,2 кОм (КГ- разомкнут, К2-замкнут) и затем при R_r=0 и R_H→∞(KI- замкнут, К2- разомкнут. В последнем измерении коэффициент усиления достигает
максимального значения Kимакс. По измеренному при R_г=500 Ом и R_н= 1,2 кОм значению Киг подсчитать соответствующее значение Кi_Г .

2. Для одиночного каскада ОК на транзисторе Т 2:

а) В отсутствие входного сигнала измерить постоянное напряжение на эмиттере Т 2 относительно общей шины, рассчитать режимный ток эмиттера.

б) Согласно п.5 методических указаний измерить Rвх каскада при R_H=200 Ом (К4- замкнут); согласно п.б методи­ческих указаний измерить Rвых каскада при R_г=5 кОм (КЗ-разомкнут). Измерения проводить при U_г=150 мВ.

в) Согласно п.7 методических указаний измерить коэффи­циент передачи по напряжению K_ur сначала при R_г=5кОм и R_и=200 Ом (КЗ- разомкнут, К4- замкнут), а затем при R_r=0 и R_н→∞ (КЗ- замкнут, К4- разомкнут). По измерен­ному при R_r= 5 кОм и R_H= 200 Ом значению Ки_Г подсчи­тать значение Кi_г.

3. Для одиночного каскада ОБ на транзисторе Т 3:

а) В отсутствие входного сигнала измерить постоянное напряжение на коллекторе относительно общей шины и рас­считать режимный ток коллектора.

б) Согласно п.5 методических указаний измерить R_вх каскада при R_H=I,2 кОм (Кб- замкнут); согласно п.б методических указаний измерить Rвых каскада при R_r=I0 Ом (К5
разомкнут). Измерения проводить прии U_г=15 мВ.

в) Согласно п.7 методических указаний измерить коэффи­циент усиления по напряжению сначала при Rг=I0 Ом и Rн=I,2 кОм (К5- разомкнут, Кб- замкнут) и затем при R_r=0 и R →∞(К5- замкнут, К6- разомкнут). По измерен­ному при R_r=I0 Ом и R_H=I,2 кОм значению К_иг подсчитать значение Кiг.

4. Для одиночного каскада 0И на транзисторе Т 4:

а) В отсутствие входного сигнала измерить постоянное нап­ряжение на стоке относительно обшей шины, рассчитать режимный ток стока.

Согласно п.5 методических указаний измерить Rвх каскада при R_H=3,9 кОм (К8- замкнут); согласно п.6 методи­ческих указаний измерить каскада при R_r=I00 кОм (К7- разомкнут). Измерения проводить при Uг=50 мБ.

в) Согласно п.7 методических указаний измерить коэффи­циент усиления по напряжению сначала при Rг=10Qk0m иRн=3,9 кОм (К7- разомкнут, К8- замкнут) и затем при R_r=0 и R_H →∞(K7- замкнут, К8- разомкнут). По первому измеренному значению K_Uг рассчитать значение Kir.

5. Для одиночного каскада ОС на транзисторе Т 5:

а) В отсутствие входного сигнала измерить постоянное напряжение на истоке относительно общей шины, рассчитать режимный ток стока.

б) Согласно п.5 методических указаний измерить Rвх каскада при Rн=1 кОм (KI0- замкнут); согласно п.6 методических указаний измерить Rвх каскада при R_r=500 кОм (К9- разомкнут). Измерения проводить при U_r=150 мВ.

в) Согласно п.7 методических указаний измерить коэффициент передачи по напряжению сначала при R_r=500 кОм и Rн=1кОм (К9- разомкнут, KI0- замкнут), а затем при R_r=0, Rн→∞ (К9- замкнут, KI0- разомкнут). По первому значению Кuг рассчитать значение Кiг.

6 . Заполнить табл.3 на основании результатов выполнения работы. Для каскада ОЭ брать значения Rвх,Rвых, полученные при R_r=500 Ом и R_H=I,2 кОм.

Таблица 3

Провести сравнение одиночных каскадов по их основным параметрам.

Методические указания

I. Синусоидальный входной сигнал подается на вход одиночного каскада с выходной клемы Б входного устройства.

На вход входного устройства (клемма А) подается сигнал с ге­нератора синусоидальных сигналов(ГСС)частотой I кГц.

1. 
   Регулировка амплитуды сигнала на Входе одиночных кас­кадов осуществляется плавно ручкой "Peг.выхода" генератора и ступенями переключателем "Ослабление".

2. Все переменные напряжения измеряются при помощи элек­тронного вольтметра. Показания стрелочного прибора генерато­ра сигналов во внимание не принимаются.

3. Выходной сигнал исследуемого одиночного каскада дол­жен быть синусоидальной формы и не иметь видимых на глаз ис­кажений (контроль по осциллографу).

4. И змерения входных и выходных сопротивлений следует проводить в соответствии со структурной схемой, изображенной на рис.3.

П осле установки величины сопротивления Rн устанавливается нужная величина Ur при помощи соответствующих ручек регулировки генератора сигналов и измеряется величина Uвх. Вход­ов непротивление определяется по формуле

б. Измерение выходных сопротивлений осуществляется в следующем порядке - после установления необходимой величины Rг устанавливается нужная величина U_r. Затем производится изме­рение Uвых cм. схему на рис.3) при разомкнутом выходном ключе ('Uвых) и при замкнутом выходном ключе Uвых.нагр. Выходное соп­ротивление определяется по формуле

7. Измерение коэффициента усиления производится в сле­дующем порядке. Устанавливаются необходимые величины Rr и R_H затем устанавливается необходимая величина U_г и измеряется значение Uвых. Окончательно

Контрольные вопросы

1. Поясните понятие "рабочая точка" для биполярного тран­зистора; для полевого транзистора.

2. Какие причины вызывают температурную нестабильность рабочей точки в каскадах на биполярных транзисторах?

3.-Какие элементы схемы усилительного каскада на биполяр­ных транзисторах влияют на величину нестабильности?