Основные характеристики усилительного каскада по схеме ОЭ

Величины	Значения
теоретические	экспериментальные	графи-ческие
рассчитанные	скорректиро ванные	по вольтметру	по осциллографу
К
R вх , Ом

6. Сравните экспериментально полученные значения коэффициента усиления и входного сопротивления каскада с теоретическими значениями, вычисленными ранее аналитическим и графическим методами (см. пп. 2,3 в расчетной части). Результаты сопоставления оформите в виде таблицы 4.

П р и м е ч а н и е 1. возьмите из данных, рассчитанных на ЭВМ.

П р и м е ч а н и е 2. Осциллограммы входного, выходного неискаженного и искаженного напряжений (п. 5), а также итоговую таблицу (п. 6) приведите в курсовом проекте в качестве заключительных результатов его выполнения.

Вопросы для подготовки к защите курсового проекта №1

1. Как объяснить смещения входных характеристик транзистора вправо и вниз при больших значениях напряжения на коллекторе?

2. Почему выходные характеристики транзисторов имеют область насыщения? Почему ток насыщения увеличивается с ростом тока базы?

3. Можно ли биполярный транзистор составить из двух полупроводниковых диодов, включенных встречно друг другу?

4. Почему ток коллектора при постоянном токе эмиттера не зависит от напряжения между коллектором и базой?

5. Назовите основные достоинства и недостатки полупроводниковых приборов по сравнению с электровакуумными.

6. Укажите, чем ограничены верхний и нижний пределы толщины вбиполярном транзисторе.

7. Объясните наличие или отсутствие усиления по току или напряжению (мощности) в зависимости от схемы включения транзистора (ОЭ, ОБ, ОК).

8. Покажите расчетом, во сколько раз входное (выходное) сопротивление схемы ОК (ОБ) отличается от соответствующего сопротивления в схеме ОЭ.

9. Назовите и объясните достоинства смешанного каскада усиления (по сравнению со схемами ОЭ и ОК).

10. Объясните методику расчёта графическим способом коэффициента усиления и входного сопротивления каскада в выбранной рабочей точке.

11. Объясните разницу экспериментальных и рассчитанных (с помощью ЭВМ) значений входного сопротивления каскада и коэффициента усиления его по напряжению. Как можно уменьшить эту разницу?

12. Как обеспечить температурную стабилизацию усилительного каскада? Приведите пример схемы и объясните принцип её работы.

13. Докажите, что включение R_э в схему ОЭ приводит к отрицательной обратной связи.

14. Укажите роль отрицательной (положительной) обратной связи в усилителях.

Курсовой проект № 2

Многокаскадные усилители низкой частоты

Ц е л ь п р о е к т а: ознакомиться с режимами работы и схемами однотактных и двухтактных усилителей мощности, рассчитать и смонтировать двух- и трёхкаскадные УНЧ, экспериментально определить их основные характеристики и сравнить их с теоретическими.

Тема 3

Двухкаскадный усилитель

1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Для усиления слабого сигнала недостаточно одного усилительного каскада. В этом случае для большего усиления необходимо применять несколько усилительных каскадов. Рассмотрим n-каскадный усилитель (рис. 11), образованный параллельным включением n усилительных каскадов, собранных по схеме ОЭ (см. лаб. работу № 2). Согласно определению коэффициентов усиления по напряжению К_j отдельных
каскадов (j = 1,...,n) ïDU_кэ ç_j = K_j çDU_бэ ê и параллельному способу
включения каскадов êDU_кэ ê_j-1 = êDU_бэ ê_j выполняется соотношение êDU_выхç º çDU_кэ ê_n = K_n êDU_бэ ê_n = K_n · K_n-1 êDU_бэê_n-1 =
= K_n · K_n-1.·. .· K₁ · êDU_бэ ê₁ = K êDU_бэ ê₁ = K êDU_вх ê. Следовательно, общий коэффициент усиления n-каскадного усилителя К определяется как произведение коэффициентов усиления отдельных каскадов

К = К₁ · К₂.·…· К_n—1 · К_n . (3.1)

	Рис. 11. Блок-схема многокаскадного усилителя

В выражении (3.1) коэффициент усиления j-го каскада К_j рассчитывается по формуле (2.5)

K_j = ( b_j / R_{вх j} ) · R_{å j} , (3.2)

где b_j – статический усилитель по току j-го транзистора в соответствующем усилительном каскаде. Если j-й каскад собран по схеме ОЭ, то входное сопротивление R_вх = R_бэ, а суммарное (общее) выходное сопротивление j-го усилительного каскада (j = 1, ….., n-1) определяется обобщением соответствующей формулы (2.6)

1/ R_{å j} = 1/ R_кj + 1/ R_{вых j} + 1/ R_{вх j+1} . (3.3)

В соотношении (3.3) R_{к j} – сопротивление нагрузки в цепи коллектора j-го транзистора, включенного по схеме ОЭ, в которой R_{вых j} = R_{кэ j},
а R_{вх j+1} = R_{бэ j +1} – входное сопротивление следующего каскада, также собранного по схеме ОЭ. Таким образом, согласно формулам (3.2) и (3.3) подключение к данному j-му каскаду последующего (j + 1)-го, как правило, уменьшает коэффициент усиления K_j этого каскада. Так как в схеме ОЭ R_{вых j}>> R_{вх j}, R_{вх j+1},то общее выходное сопротивление j-го каскада R_{å j} @ R_{к j} · R_{вх j +1} / (R_{к j} + R_{вх j +1}) определяется в основном сопротивлением параллельного соединения его нагрузки R_к и входного сопротивления следующего (j + 1)-го каскада.

При использовании других схем включения усилительных каскадов (ОБ, ОК) для расчета характеристик всего усилителя в целом можно использовать формулы (3.1)-(3.3) с учетом того, что значения R_вх и R_вых транзисторов в этих формулах должны соответствовать выбранной схеме включения этих транзисторов в каскадах (см. тему 2 в курсовом проекте № 1). Для оптимального соединения (согласования)
каскадов, в особенности первого и последнего, необходимо соблюдать выполнение условия R_{вых j -1} @ R_{вх j.} Этого можно добиться за счёт
включения специальных, так называемых «буферных» каскадов или согласующих устройств (например, трансформаторов, см. лаб.
работу № 4).

2. РАСЧЁТНАЯ ЧАСТЬ

1. С помощью ЭВМ определите статические параметры транзистора Т₂ в рабочей точке: U_кэр2 = 4. 5 В, I_кр2 = 1.5 мА.

2. Рассчитайте значения R_к2, R_б2 и С₂ для второго каскада, построенного по схеме ОЭ (см. рис. 8б), по формулам R_к2 = (Е – U_кэр2) / I_кр2 ,
R_б2 = Е / I_бр2 , С₂ 1/2p · f_н · R_вх2 .

3. Определите коэффициент усиления второго каскада по напряжению по формуле = (b₂/ R_вх2) ^. R_S2, где 1 / R_S2 = 1/ R_к2 + 1 / R_кэ2.

4. Пересчитайте коэффициент усиления 1-го каскада, нагрузкой
которого является 2-й, по формуле K_1H = (b₁/ R_вх1) · R_å1, где
1 / R_å1 = 1/ R_к1 + 1/ R_вых1 + 1/ R_{вх 2}

5. Вычислите коэффициент двухкаскадного усилителя по формуле: К = K_1H · К₂ .

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Лабораторная работа № 3

Приборы и оборудование, вопросы для допуска к работе: см. лаб. работу № 2.

Порядок выполнения работы

1. Подберите детали с номиналами, соответствующими рассчитанным значениям (см. п.2 в расчетной части). Значения R_к2 и R_б2 проконтролируйте измерениями по мультиметру. Спаяйте второй каскад усиления по схеме ОЭ (рис. 8б).

2. Определите экспериментально рабочую точку транзистора Т₂. В случае несоответствия (см. п. 1 в расчетной части) измените значение R_б2 в нужную сторону.

3. Для экспериментального определения коэффициента усиления и входного сопротивления второго каскада подайте на его вход от генератора НЧ переменное напряжение U_вх = 10 мВ с частотой 1кГц (см. рис. 8б). Величины и рассчитайте по формулам
= U_вых / U_бэ, = (R · U_бэ) / (U_вх – U_бэ). С учётом значения скорректируйте значение рассчитанного ранее коэффициента (см. п. 3 в расчетной части).

4. Соедините каскады между собой (рис. 12) и измерьте с помощью милливольтметра коэффициенты усиления первого и второго каскадов по отдельности и усилителя в целом.

П р и м е ч а н и е: на вход первого каскада подайте с генератора НЧ сигнал такой амплитуды (~ 1мВ), который еще усиливается без искажений (на выходе).

	Рис. 12. Структурная схема двухкаскадного усилителя

5. Пронаблюдайте искажения входного сигнала (см. п. 5 в лаб. работе № 2).

6. Заполните таблицу

Таблица 5