№ 61 (1107946)
Текст из файла
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТимени М. В. ЛомоносоваФизический факультеткафедра общей физики и физики конденсированного состоянияМетодическая разработкапо общему физическому практикумуЛаб. работа № 61УСИЛИТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ НАТРАНЗИСТОРЕОписание составил доц. Антипов С.Д.Москва 2012 г.Подготовил методическое пособие к изданию доцент Авксентьев Ю.И.3УСИЛИТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ НА ТРАНЗИСТОРЕЦелью настоящей работы является изучение работы транзистора вкачестве усилительного каскада по напряжению в схеме с общим эмиттером.ВведениеПо своей сути транзистор является усилителем тока, так как небольшой повеличине ток базы Jб управляет значительно большим током коллектора JK, т.е.транзистор усиливает ток базы, Jб0.05 JK.
Однако транзистор можноиспользовать и в качестве усилителя напряжения.Одним из наиболее распространенных усилительных каскадов по напряжениюявляется каскад с общим эмиттером (ОЭ), когда эмиттер является общимэлектродом для входной и выходной цепей транзистора Напряжения,приложенные к коллектору (UКЭ) и к базе (UБЭ) отсчитываются относительноэмиттера и называются соответственно выходным и входным (см. рис.
1).Для любого усилительного устройства мерой усиления служит коэффициентусиления, который определяется как отношение выходной величины к входной.Тогда коэффициент усиления по напряжению определяется так:KUU выхU вх ,а коэффициент усиления по току:J выхКJ = J .вхВ усилительных каскадах с ОЭ обычно используется режим подачи напряженияна коллектор и базу такой, что Uкэ < Uбэ < 0 (для транзисторов типа р-n-р). В этомслучае эмиттерный переход (р-n) открыт, а коллекторный (n-р) переход закрыт.Напряжения смещения Uбэ и Uкэ задаются с помощью потенциометров R1 и R2,соответственно (см.
рис. 2).4Для того, чтобы постоянная составляющая входного сигнала Uвх не влияла навеличину Jб напряжение Uвх~ подается на базу транзистора черезразделительную емкость С. Переменный сигнал на входе транзистора будетусиливаться по напряжению только при включении в цепь коллекторасопротивления нагрузки RK (см. рис. 2). Усиленное напряжение Uвых~ являетсяпеременным напряжением, снимаемым между коллектором и эмиттеромтранзистора (см.
рис. 2). Напряжение смещения на коллекторе на коллектореявляется постоянным, поэтому, согласно закону Кирхгофа, для напряжений =Rк Jк+Uвых~ . Если происходит увеличение напряжения Uвх~ , то ток коллектораJк возрастает и, соответственно, т.к. Uвых~ =- Rк Jк, то величина Uвых~ будетубывать. Напряжение Uвх~ имеет минимальное значение, когда напряжениеUвх~ максимально, т.е. они сдвинуты по фазе на= .Обычно режим транзистора выбирается таким образом, что значение Uвых~5колеблется относительно напряжения Uкэ =/2 в пределах от 0 В примаксимальном токе коллектора Jк до при Jк = 0. Это следует из уравненияпрямой (Uкэ~ = Uвых~): Uвых~ =- RкJк , которая называется линиейнагрузки. Эта прямая определяет все возможные значения тока Jк инапряжения Uкэ~ при любых изменениях базового тока Jб, если заданывеличинывыходныхи Rк. Обычно нагрузочная прямая строится на семействестатическиххарактеристикВыходными статическимихарактеристиками называют графически представленные зависимости междутоком и напряжением в выходных цепях транзистора при отсутствиисопротивления нагрузки Rк = 0 и при различных значениях тока Jб, т.е.
зависимоститипа Jк = f (Uкэ)|Jб= const представленные на рисунке 3.Для построения линии нагрузки на этом семействе выходных статическиххарактеристик найдем точки пересечения прямой Uвкэ =- RкJк с осямиабсцисс и ординат:(Jк = 0; Uкэ~ = )- точка А ,(Uкэ~ = 0; Jк = /Rк) - точка В.Соединив точки А и В прямой, получим нагрузочную прямую.Усилительный каскад по напряжению должен вносить минимальныеискажения усиливаемого сигнала Uвх~. Для этого исходный режим транзисторавыбирают таким образом, чтобы изменения Jк~ были возможны и в сторонуувеличения, и в сторону уменьшения на одинаковую величину Jк~. Это условиевыполняется, если рабочая точка находится посередине линии нагрузки (точка С нарис. 3), т.е. при Uк, = 0.5 и Jк = 0,5 /Rк. Тогда для коэффициента усиления понапряжению в схеме с общим эмиттером имеем:KUU вых U вх~Uкэ~Uбэ~(JK )Jб RвхJK R KJБ RВХRкRвх,(1)где Rвх - входное сопротивление в рабочей точке С, - коэффициент усиленияпо току в схеме с ОЭ в рабочей точке С.Величинав точке С (см.
рис. 3) находится следующим образом. Черезточку С проводится перпендикуляр к оси напряжений Uкэ (вертикальныйпунктир) Из точек пересечения этого перпендикуляра с двумя ближайшимихарактеристиками над точкой С и под ней (точки В и А) проводятся прямые(горизонтальные пунктиры), параллельные оси напряжений, которые определяют наоси JК величину JК Изменение Jб равно разности значений базового тока длядвух ближайших характеристик.Величина Rвх, входящая в выражение (1), определяется соотношением:R вхU б.э|UкэJ6const.6Эта величина находится по статической входной характеристике (см.
рис. 4) Jб =f (Uбэ)|Jкэ.Пусть точка на характеристике Jб (Uбэ) при Uкэ = -5В является рабочей. Длянахождения Rвх в этой точке проводим касательную к входной характеристике(пунктирная прямая) до пересечения с осью абсцисс. Величина Rвх определяетсякотангенсом угла наклона касательной в точке А к оси напряжений Uбэ.Из выражения (1) видно, что коэффициент усиления каскада по напряжениюрастет с уменьшением входного сопротивления RВХ.Величину КU можно измерить непосредственно. Для этого используется0источник переменного напряжения амплитудой U ВХ = 10 мВ, ( частота f = 1 кГц )и осциллограф. Сигнал с генератора переменного напряжения подается на входусилительного каскада. С помощью осциллографа измеряется амплитуда00напряжения U вх , а затем Uвых .
Тогда KU = Uвых/ U вх0 и эту величину можносравнивать с результатом, полученным по формуле (1).В данной работе с использованием осциллографа определяется KU и находятсязависимости KU = f (RK) и KU = f (Rвх).0ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ1. Собирается усилительный каскад на базе транзистора типа р - n - р (КТ 814)и элементов, входящих в состав модулей МО2, МО1 комплекса ЛКЭ - 1.2. При этом используются также следующие измерительные приборыкомплекса:а) генератор напряжения ГСФ -1,б) осциллограф С1 - 131/1,в) мультиметр М 83013,7г) вольтметр РВ 7 - 22А.
При сборке электрической схемы усилительногокаскада используются электрические кабели и провода со штекерами и разъемами.Упражнение 1ИЗУЧЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ КОЭФФИЦИЕНТА УСИЛЕНИЯ(ПО НАПРЯЖЕНИЮ) В СХЕМЕ С ОЭ ОТСОПРОТИВЛЕНИЯ НАГРУЗКИ RK: КU = f (RK)Собирается установка по схеме, представленной на рисунке 5а.Входной ток базы Jб (мкА) измеряется микроамперметром (мультиметрМ83013), включенным между точками 1-3. Величину входного напряженияизменяют с помощью потенциометра R1. Величина тока Jб не должнапревышать 1 мА, для чего служит ограничительное сопротивление R0Напряжение UK задается с помощью потенциометра R2 и измеряется8вольтметром (РВ 7—22А), включенным в точках 4 — 5. Сопротивление RK в цепиколлектора изменяется ступенчато: RK1 = 100 Ом; RK2 = 400 Ом, RK3 =1.4 кОм,RK4 = 4.4 кОм; RK5 = 5.4 кОм.Задание:1.
С помощью потенциометра R2 установите величину Uкэ = -5В (вольтметр РВ7 - 22А между точками 4 и 5) и в дальнейшем при изменении Uбэ онаподдерживается постоянной.- Установите с помощью потенциометра R1 ток базы Jб = 100 мкА.- Включите между точками 4 и 6 сопротивление RK1 = 100 Ом,02. Подайте переменное напряжение U вх с выхода генератора ГСФ-1амплитудой U вх0 = 10 мВ и частотой f = 1 кГц на вход усилительного каскада(клеммы Вх. на схеме).0Измерьте амплитуду входного сигнала U вх .
Для этого вход осциллографаC1-131/1 подсоедините к клемме Вх. и измерьте амплитуду сигнала на экранеосциллографа в делениях шкалы n1.3. Измерьте амплитуду выходного сигнала U вх0 . Для этого вход осциллографаC1-131/1 подсоедините к клемме Вых. и измерьте амплитуду сигнала на экранеосциллографа в делениях шкалы n2.0U вых4. Определите KU = U 0вхn1n2 для Uкэ = -5 В тока базы Jб = 100 мкА, RK1 =100 Ом.5. Оставляя величины Uкэ = -5 В и Jб = 100 мкА постоянными, определите КUдля сопротивлений нагрузки RK ; RK2 = 400 Ом, RK3 = 1.4 кОм, RK4 = 4.4 кОм,RK5= 5.4 кОм, последовательно подсоединяя их между точками 4 и 6.6. Постройте график зависимости КU = f (RK).Упражнение 2ИЗУЧЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ КОЭФФИЦИЕНТА УСИЛЕНИЯ(ПО НАПРЯЖЕНИЮ) В СХЕМЕ С ОЭ ОТ ВЕЛИЧИНЫВХОДНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ НАГРУЗКИ RBX: КU = f (RBX)Задание:1.
Установите в цепи коллектора (точки 4 - 6 н а с х е м е ) сопротивлениеRK1 = 100 Ом, Uкэ =-5В.2. Снимите зависимость тока базы Jб от напряжения Uбэ, задаваемогопотенциометром R1. Снятие этой входной характеристики осложняется тем, что приизменении Uбэ изменяется и Uкэ. Поэтому с помощью потенциометра R2 Uкэподдерживается постоянным.
Отсчеты проводите при значениях Uбэ от 0 до 300 мВ9через 50 мВ.3. Постройте график зависимости Jб= f (Uбэ)| Iкэ = -5 В для значений Jб = 50,100, 150, 200, 250, 300 мкА определите входные сопротивления, пользуясьсоотношением:RвхU бэ|J б Uкэ5В.4. Определите KU способом, описанным в упражнении 1 при значениях Jб = 50,100, 150, 200, 250, 300 мкА UK-,= - 5 В и RK1 = 100 Ом.5. Постройте график зависимости KU = f (RBX).ЛИТЕРАТУРА1. САВЕЛЬЕВ И.В. Курс общей физики: Учеб. Пособие в 5 кн.
Кн.5.Квантовая оптика. Атомная физика. Физика твердого тела. Физика атомногоядра и элементарных частиц - 4-е изд., перераб.- М.:Наука. Физматлит. 1998..Глава 8. Электропроводность металлов и полупроводников.8.6. Электропроводность полупроводников.Глава 9.
Контактные и термоэлектрические явления.9.3. Контактная разность потенциалов.9.5. Полупроводниковые диоды и триоды.10.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
