Исследование частотных свойств биполярного транзистора

Цель работы: исследование частотной зависимости коэффициента усиления транзистора по напряжению в каскаде резистивного усилителя, в котором транзистор включен по схеме с общим эмиттером (ОЭ) или по схеме с общей базой (ОБ).

Оборудование и принадлежности: лабораторный стенд, транзис­тор МП40, съемные элементы R1, R2; R3, C1, C2, соеди­нительные провода, осциллограф, частотомер, генератор типа Л31.

Основные теоретические сведения

При работе на высоких частотах проявляются инерционные свойства транзистора, обусловленные конечным временем пролета носителей заряда через базу и перезарядом емкостей переходов, вследствие чего уменьшается амплитуда выходного тока и возникают фазовые сдвиги между токами и напряжениями.

Частотные свойства транзистора могут характеризоваться зависимостью коэффициента усиления по напряжению K_u от частоты, то есть

С ростом частоты K_u уменьшается. Частоту, на которой K_u уменьшается в раз, называют предельной частотой или частотой среза f_c . Частоту, на которой K_u =1, называют граничной частотой или единичной частотой f₁ . Зависимость коэффициента усиления по напряжению от частоты снимается при постоянном входном на­пряжении U_вх(f)=const. Рабочую точку при этом необходимо вы­бирать в активной области характеристик транзистора, а амплиту­да входного сигнала U_m не должна быть слишком большой. Величина амплитуды сигнала для каждого типа транзистора выби­рается так, чтобы в процессе работы транзистор не оказывался в режиме отсечки или насыщения. При несоблюдении этих условий - больших амплитудах входного сигнала или при неудачном выборе рабочей точки - зависимость K_u(f) будет искажена и не может характеризовать частотные свойства транзистора.

При построении графика по результатам эксперимента (рис.13), как правило, выполняется нормировка: полученные значения коэффициента усиления K_u(f) относятся к величине коэффициента усиления на низкой частоте K_u(н.ч.). Частота среза f_c соответствует падению нормируемого коэффициента усиления до уровня 0,707 = 1/ .

Ражим исследуемого транзистора по постоянному току устанавлива­ется с помощью резисторов, которые одинаковы для схем с ОЭ и ОБ. Для включения тран­зистора с ОБ по переменному току необходимо включить генератор Л31 в цепь эмиттера и со­единить базу с корпусом через конденсатор С1 (рис. 14).

Пpu включении транзисто­ра с 0Э по переменному току необходимо в базовую цепь включить источник сигнала (генера­тор Л31), соединив при этом эмиттер с общим проводом (рис. 15). Конденсаторы С1 и С2 являются разделительными и служат для исключения шунтирования входа и выхода транзисто­ра по постоянному току. Измерение входного напряжения производится вольтметром РV1 , а выходного - вольтметром РV2 . Необходимая частота колебаний устанавливается генератором Л31 и контролируется с помощью частотомера на выходе. Форма колебаний на входе и выходе транзистора может контролироваться осциллографом.

Порядок выполнения работы

1. Отключить все приборы стенда переводом тумблеров на БП в нижнее положение.

2. В соответствии с принципиальной электрической схемой усилителя на транзисторе, включенном с ОБ (см.рис. 14), произвести монтаж:

· подключить источник питания ГН2 к гнездам -Еc, X;

· подклю­чить генератор Л31 в цепь эмиттера;

· подключить милливольтметр (ЦВ) к гнездам I, Х7 для контроля и измерения U_вых;

· подключить осциллограф;

· после настройки усилителя - частотомер к гнездам С4 на панели; вста­вить съемные элементы; транзистор МП40, резисторы R1=22кОм (пе­ременный), R2=1,2кОм, RЗ=1кОм, R4=2,4кОм, конденсатора C1 = C2= 5 мкФ.

3. После проверки схемы включить тумблер "СЕТЬ" стенда, "СЕТЬ" генератора Л3I, "СЕТЬ" осциллографа, "СЕТЬ" милливольт­метра.

4. Установить переключатель ИВ в положение ГН2. Регулято­ром ГН2 установить напряжение питания E_К =-10В.

5. Установить на выходе генератора Л31 (lV/50 ) синусои­дальное напряжение с частотой I кГц.

6. Манипулируя переключателями и регуляторами осциллографа, получить на экране неподвижное изображение выходного сигнала усилителя. Резистором RI установить на экране осциллографа мак­симальную амплитуду неискаженного выходного сигнала усилителя (при невозможности получить неискаженный сигнал на выходе усилителя необходимо уменьшить амплитуду входного сигнала от генератора ЛЗ1).

7. Отключить осциллограф и на эти гнезда подключить циф­ровой частотомер.

8. Исследовать частотную характеристику биполярного транзистора в схеме с ОБ согласно данным, приведенным в таблице, при неискаженном выходном сигнале усилителя. Поддерживать входное напряжение постоянным на всех часто­тах. Данные занести в табл. 1.

9. По данным табл.1 построить график зависимости нормированного K_u(f), определить f_c для схемы с ОБ.

10. В соответствии со схемой (см. рис. 14) исследовать частотную характеристику биполярного транзистора в схеме с 0Э (исследование провести в диапазоне частот до 200 кГц, причем в интервале от 100 до 200 кГц отсчеты выполнять через 10 кГц).

11. По данным таблицы построить график зависимости нормированного K_u(f) и определить f_c для схемы с ОЭ.

Таблица 1.

Результаты измерений и расчетов на заданных частотах	Номер измерения
f, Гц	102	5*102	103	5*103	104	5*104	105	1,5*105	2*105
Uвых, В
K u (f)
K u (f)/ K u (103)

Обработка результатов измерений

По результатам измерений построить графики зависимостей нормированного коэффициента усиления от частоты. По полученным графикам определить частоту среза для транзисторов, включенных по схеме с ОБ и ОЭ.

Примечание: графики частотных зависимостей должны строить­ся в полулогарифмическом масштабе. При этом по оси частот долж­ны откладываться не значения частот, а соответствующие им деся­тичные логарифмы. По результатам исследования необходимо сделать вы­вод.

Контрольные вопросы

1. Объясните принцип работы и назначения элементов усилите­ля.

2. Как определить частоту среза усилителя?

3. Что такое единичная частота усилителя?

4. От чего зависят частотные свойства биполярного транзистора?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 4