Значения основных параметров усилительных каскадов

На биполярных транзисторах

Параметры схемы	Схемы усилителей на биполярных транзисторах
ОЭ	ОБ	ОК
Кu Ki Kp Входное сопротивление Rвх Выходное сопротивление Rвых Применение схем	Несколько десятков Десятки сотен Несколько тысяч Десятки – тысячи Ом Десятки - сотни килоом Основная схема	Несколько сотен Около единицы Несколько сотен Десятки Ом   Сотни килоом – единицы мегаом В высокочас- тотных усилителях, при работе на высокоомную нагрузку	Около единицы Десятки сотен Несколько десятков Единицы - сотни килоом Десятки – сотни Ом   Для согласования выхода усилителя с низкоомной нагрузкой. Для согласования входа усилителя с высокоомным источником сигнала

СМЕШАННЫЙ (ГИБРИДНЫЙ) КАСКАД УСИЛЕНИЯ

Одним из недостатков усилительного каскада по схеме ОЭ (рис. 8б) является сильная зависимость положения рабочей точки от температуры. С ее увеличением растет ток I_к и уменьшается напряжение U_кэ (2.1). Для температурной стабилизации включают, например, в цепь эмиттера резистор R_э (рис. 10). Это приводит к тому, что при возрастании тока I_к при увеличении температуры увеличивается падение напряжения на R_э. В результате уменьшается разность потенциалов U_бэ, а следовательно ток базы I_б, и соответственно ток I_к (см. рис. 5). Таким образом, включение R_э в схему ОЭ соответствует введению отрицательной обратной связи в этой схеме.

Рабочую точку в смешанном каскаде (СК) можно установить выбором сопротивления R_б (2.2). Расчёт показывает, что в схеме СК изменение DI_к = b DI_б / [1 + (R_к + R_э) / R_вых ] @ b DI_б, т.е. есть усиление по току (в bраз). Коэффициент передачи по напряжению К = DU_вых / DU_вх можно рассчитать по формуле (2.6), если R_вх в ней определить по соотношению (2.11), а R_S - по формуле (2.7). Так как с ростом R_э входное сопротивление СК увеличивается, то усиление по напряжению уменьшается, что соответствует увеличению глубины отрицательной обратной связи в этой схеме. Таким образом, в схеме СК уменьшается вероятность самовозбуждения усилителя и одновременно увеличивается его линейность, так как расширяется полоса пропускания амплитудно-частотной характеристики усилителя (см. лаб. работу № 4).

Если (b + 1)R_э >> R_вх и R_вых >> (R_к + R_э), то выражение для коэффициента передачи по напряжению приводится к виду: К @ R_к / R_э, то есть не зависит от собственных параметров транзистора. Это значит, что на характеристиках схемы не очень скажется замена одного транзистора на другой. Таким образом, в СК, как гибридной схеме, не только проявляются достоинства, присущие схемам ОЭ и ОК в отдельности, но и появляются качественно новые по отношению к схемам ОЭ и ОК.

2. РАСЧЁТНАЯ ЧАСТЬ

1. Нанесите на семействе выходных статических характеристик транзистора (см. лаб. работу № 1) точку Д (0, Е = 9 В) и заданную
рабочую точку Р(I_кр, U_кэр) и постройте нагрузочную прямую ГД
(см. рис. 8а). Определив точку пересечения этой прямой с осью ординат Г (0, I_к.max),рассчитайте сопротивление нагрузки R _к по формуле:
R_к = E / I _{к. max}.

2^u. Используя семейства входных и выходных характеристик транзистора, графическим методом рассчитайте в указанной рабочей точке транзистора (см. лаб. работу № 1) коэффициент усиления каскада по напряжению и входное сопротивление каскада .

3^u. Определите коэффициент усиления каскада по напряжению по формуле: К ^тº DU_вых / DU_вх = DU _кэ / DU_бэ = (b / R_вх) ^. R_S, где 1 / R_S =
= 1 / R_к + 1 / R_кэ. Собственные параметры транзистора b, R_бэ и R_кэ в заданной рабочей точке должны быть рассчитаны на ЭВМ.

4. По формулам R_б @ Е / I _бр и С₁>>1/2p · fн · R_вх определите значения R_б и С₁. Значение граничной частоты возьмите f_н = 20 Гц.

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Лабораторная работа № 2

П р и б о р ы и о б о р у д о в а н и е: плата с транзистором, мультиметр, милливольтметр, генератор НЧ, осциллограф, блок питания БП-15 (БП-30).

Вопросы при допуске к работе

1. Нарисуйте основные схемы включения биполярного транзистора, объясните их название и назначение.

2. Объясните сущность графического или аналитического метода расчёта усилительного каскада (на примере схемы ОЭ или ОК).

3.Укажите назначение резистора R_к в схеме ОЭ (или R_э в схеме ОК). На основе зависимости коэффициента усиления (передачи) усилительного каскада по напряжению от R_к (R_э ) объясните, в каких пределах следует выбирать значение номиналов этих сопротивлений ? Как в данной работе проводится расчёт сопротивления R_к (R_э)?

4. В какой части нагрузочной прямой должна находиться рабочая точка транзистора усилительного каскада?

5.Укажите назначение резистора R_б в схемах ОЭ (рис. 8б) и ОК (рис.9). Как рассчитать значение R_б в этих схемах?

6. Объясните назначение и способ расчёта ёмкости С₁ в усилительном каскаде.

7. Как можно экспериментально регулировать и проверять положение рабочей точки транзистора в данной работе?

8. Объясните, как нужно изменить сопротивление R_б в схеме ОЭ (рис. 8б), если напряжение U_кэ меньше (больше) заданного значения U_кэр.

9. Выведите формулы (2.5) и (2.9) для расчета коэффициента по напряжению в схемах ОЭ и ОК.

10. Выведите формулы (2.11) для экспериментального определения К^эи .

11.Что такое отрицательная (положительная) обратная связь?

Порядок выполнения работы

1. Подберите детали, соответствующие рассчитанным значениям. Номиналы выбранных сопротивлений R_к и R_б проконтролируйте измерениями по мультиметру. Спаяйте усилительный каскад по схеме ОЭ (рис. 8б).

2. Проверьте экспериментально положение рабочей точки транзистора, измерив мультиметром напряжения Е = 9 В и U_кэр. Значение U_кэр должно быть в диапазоне: U_кэр = (4,5 ± 0,5) В, в случае несоответствия измените значение сопротивления R_б в нужную сторону.

3. Определите экспериментально коэффициент усиления по напряжению и входное сопротивление усилительного каскада R_вх. Для этого последовательно с емкостью С₁ включите калибровочное сопротивление R = 1 к (на рис. 8б показано пунктиром). Подайте на вход усилителя от генератора НЧ сигнал с параметрами U_бэ = 10 мВ, f = 1кГц. Измерив вольтметром напряжения U_вх, U_бэ и U_вых, определите коэффициент усиления и входное сопротивление каскада по формулам:

К^э= U_вых / U_бэ , = (R · U_бэ) / (U_вх – U_бэ). (2.11)

С учётом значения R_вх скорректируйте рассчитанный ранее коэффициент К^Т(см. п. 3 в расчетной части).

4. Подключая осциллограф ко входу и выходу каскада (рис. 8б), определите амплитуды входного (U_вх) и выходного (U_вых) сигналов, коэффициент усиления по напряжению, зарисуйте их осциллограммы.

5. Пронаблюдайте искажения выходного сигнала. Для этого увеличивайте напряжение генератора НЧ на входе усилителя до величины U_{вх mах}, при котором начинает происходить ограничение амплитуды выходного сигнала «сверху» или «снизу» (в зависимости от положения рабочей точки). Запишите значение U_{вх mах} и зарисуйте осциллограмму искажённого выходного сигнала.

Таблица 4