Однокаскадный усилитель на биполярном транзисторе

Цель работы

Изучение принципа работы и характеристик однокаскад­ного усилителя на биполярном транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером (ОЭ).

Объект исследования

На съемной панели, изображенной на рис. 2.1, располо­жены следующие элементы, относящиеся к данной работе: биполярный транзистор Т1; коллекторный резистор Rк,: переменный резистор R_Б,, предназначенный для установки ре­жима транзистора по постоянному току; переменный резис­тор R, имитирующий внутреннее сопротивление источника усиливаемого сигнала: переменный резистор R _Н , имитирую­щий сопротивление нагрузки, а также конденсаторы связи Сс₁ И Сс₂.

Измерения постоянных токов базы и коллектора прово­дятся цифровыми приборами

Щ 4300. В верхней части пане­ли расположен вывод источника коллекторного питания (12В). Для измерения постоянных напряжений на электро­дах транзистора и переменных напряжений в схеме усилите­ля .используются мультиметры. В качестве источника усили­ваемого сигнала используется генератор переменного на­пряжения ГЗ-36А.

Подготовка к занятию

1. Изучите основные характеристики транзистора и на­чертите его схему замещения в

h-параметрах (§ 2.3 [1]).

2. Изучите усилительный каскад с общим эмиттером (§ 3.2 [1]). Начертите принципиальную схему усилителя и его схе­му замещения в h--параметрах. Запишите формулы для рас­чета:

— входного сопротивления усилителя Rвх1;

— выходного сопротивления усилителя Rвых;

— коэффициента усиления по напряжению в режиме хо­лостого хода Ких и при нагрузке.

Содержание занятия

1. Соберите усилитель с ОЭ на биполярном транзисторе Т1 с приборами для измерения токов базы и коллектора. С помощью переменного резистора Rб,установите точку по­коя и зафиксируйте в протоколе ее параметры (1бп, 1кп, Uбn, Uкn), а также значение ЭДС источника питания Ек.

2. Измените сопротивление резистора базы Rб так, чтобы значение Uкn изменилось на ±10% и зафиксируйте в прото­коле параметры новой рабочей точки (I' бп, I' кп, U' бn, U'кn).

3. По данным п.п 1 и 2 рас­считайте h — параметры транзистора.

4. По данным п.п 1 и 3 рассчитайте коэффициент усиле­ния усилителя по напряжению в режиме холостого хода Кил.

5. Снимите и постройте амплитудную характеристику уси­лителя при частоте f=l кГц в режиме холостого хода. За­фиксируйте максимальное входное напряжение, при котором на выходе отсутствуют нелинейные искажения. Определите коэффициент усиления Ких и сопоставьте его значение с рас­четным.

Зарисуйте осциллограммы выходного напряжения при Uвх=l0 мВ и Uвх =500 мВ.

6. Определите полосу пропускания усилителя при Uвх =10 мВ и Rвх=1 кОм.

7. * Измерьте входное и выходное сопротивления усили­теля Rвх и Rвых.

8. * По данным п.п 1 и 3 рассчитайте входное и выходное сопротивления Rвх и Rвых и сравните их с результатами экс­перимента.

Методические указания

1. Режим покоя устанавливают регулировкой сопротивле­ния резистора Rб так, чтобы напряжение на коллекторе было приблизительно равно половине ЭДС источника коллекторно­го питания.

2. При определении полосы пропускания, напряжение на генераторе ГЗ-36А поддерживают неизменным по величине U=l0 мВ.

Вначале измеряется выходное напряжение усилителя U'вых₀ при частоте f₀ =1 кГц. После этого плавно уменьшает­ся (для определения нижней границы полосы пропускания fн) или плавно увеличивается (для определения верхней границы полосы пропускания fв) частота входного сигнала до тех пор, пока выходное напряжение не уменьшится до величины равной 0,707 U'вых₀.

3. При измерениях входного Rвх и выходного Rвых сопро­тивлений усилителя, напряжение на выходе генератора ГЗ-36А поддерживают неизменным и равным 10 мВ при час­тоте 1 кГц.

Измерение входного сопротивления:

а) последовательно с генератором ГЗ-36А включить пере­менный резистор R , имитирующий внутреннее сопротивление источника усиливаемого сигнала:

б) поставить движок переменного резистора в положение R'=0 и измерить напряжение на выходе усилителя U'вых ,

в) плавно увеличивая сопротивление резистора, добиться уменьшения напряжения на выходе усилителя в два раза— U''вых =U'вых /2 и зафиксировать полученное значение сопро­тивления R".

Входное сопротивление усилителя равно полученному зна­чению rвх =r", так как только в этом случае при неизмен­ных значениях коэффициента усиления Ки и напряжения на выходе генератора ГЗ-36А входное, а, следовательно, и вы­ходные напряжения усилителя могут уменьшиться в два. Измерение выходного сопротивления:

а) измерить напряжение на выходе усилителя в режиме холостого хода Uвых,х .;

б) подключить резистор нагрузки и, плавно изменяя его сопротивление, добиться уменьшения выходного напряжения в два раза Uвых = Uвых,х . В этом положении сопротивление нагрузки будет равно выходному сопротивлению усилителя.

Лабораторно-практическое занятие №3

ПРИМЕНЕНИЕ ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ

Цель работы

Изучение свойств усилителей напряжения, интегратора, триггера Шмитта и мультивибратора на основе операционно­го усилителя (ОУ).

Объект исследования

На схемной панели (рис. 3.1) расположены: операционный усилитель типа К553УД2 и цепи обратной связи, позволяю­щие создать на его основе инвертирующий усилитель, изби­рательный усилитель, интегратор, триггер Шмитта и мульти­вибратор.

Параметры ОУ: коэффициент усиления Ки≥20*10³ вход­ное сопротивление rвх ≥ЗОО кОм; напряжение смещения Uсм ≤7,5 мВ: входные токи Iвх ≤1,5 нА; максимальное вы­ходное напряжение Uвых,max = 10 В; напряжение источника питания Uип=15 В: сопротивление нагрузки Rн ≥ 2 кОм; час­тота единичного усиления f₁ ≤1мГц.

Для измерения напряжений на входе и выходе усилите­лей используются цифровые измерительные приборы. Изме­рение сигналов на выходе интегратора, триггера Шмитта и мультивибратора осуществляется осциллографом.

Подготовка к занятию

1. Изучите принцип действия инвертирующего усилителя, интегратора, избирательного RС-усилителя с интегродифференцирующей обратной связью, триггера Шмитта и мульти­вибратора §§ 3.11, 4.5 [1], § 8.7 [2].

2. Начертите схему инвертирующего усилителя, рассчи­тайте его коэффициент усиления Кu (исходные данные для расчета приведены в табл. 3.1).

3. Начертите схему интегратора и приведите примерный вид осциллограммы выходного напряжения, если на вход по­даются прямоугольные, знакопеременные, симметричные им­пульсы. Рассчитайте (см. табл. 3.1) Uвых ,max, если Uвх ,max =ЗВ .

4. Начертите схему избирательного RC—усилителя с интегродифференцирующей обратной связью. Приведите примерный вид АЧХ усилителя и рассчитайте его квазирезонансную частоту f₀.

5. Начертите схему триггера Шмитта и его передаточную характеристику. Рассчитайте значения Uвкл и Uвыкл. Для зве­на ПОС используйте значения сопротивлений резисторов ин­вертирующего усилителя (табл. 3.1), максимальное значение напряжения на выходе операционного усилителя Uвых ,max =10 В.

6. Начертите схему и рассчитайте частоту сигналов на выходе симметричного мультивибратора. Для звена ПОС ис­пользуйте значения сопротивлений резисторов инвертирую­щего усилителя (табл. 3.1), для звена ООС—значения со­противления резистора и емкости конденсатора, приведены в табл. 3.1.

Таблица 3.1

	Инвертирующий усилитель	Избирательный усилитель	Интегратор	Мультивибратор
№ брига- ды	Rос кОм	R1 кОм	R1 кОМ	R2 кОм	C1=С2 нФ	Rос мкФ	R1 кОм	f Гц	R2 кОм	C нФ
1.			1.0			0.033
2.			2.0			0.025
3.		5.1	1.5			0.033
4.		3.9	1.0			0.015
5.		8.2	1.1		6.8	0.022
6.		7.5	1.3			0.025
7.			1.0			0.015
8.			1.5		6.8	0.033
9.			7.5			0.025
10.		6.2	8.2			0.015

Содержание занятия

1. Исследуйте инвертирующий усилитель:

а) при частоте f=l кГц снимите и постройте аплитудную характеристику усилителя в режиме холостого хода;

б) по результатам эксперимента определите Kuoc и срав­ните его с расчетным значением.

2. Исследуйте избирательный RC—усилитель:

а) определите частоту квазирезонанса fo и сравните ее с расчетной;

б) определите нижнюю fн и верхнюю {в частоты полосы пропускания и сравните их с экспериментальными значениями , занесите ре­зультаты в протокол и постройте соот­ветствующую характеристику.

3. Исследуйте интегратор:

а) от генератора ГЗ-36А подавайте на вход интегратора прямоугольные знакопеременные симметричные импульсы Uвх=3В с частотой повторения, заданной в табл. 3.1;

б) измерьте Uвых,max с помощью осциллографа;

в) зарисуйте осциллограммы входного и выходного на­пряжений;

r) сравните полученные результаты с предполагаемыми.

4.* Исследуйте триггер Шмитта:

а) снимите и постройте передаточную характеристику;

б) сравните значения Uвкл и Uвыкл с расчетными.

5. Исследуйте мультивибратор:

а) зарисуйте осциллограмму и измерьте с помощью ос­циллографа максимальное значение выходного напряжения, а также его частоту;

б) сравните измеренную частоту с расчетной.

Методические указания

1. Для определения частоты квазирезонанса fo избира­тельного усилителя, необходимо изменять частоту генератора синусоидальных колебаний до тех пор, пока выходное напря­жение усилителя не станет максимальным. Значение входно­го сигнала должно быть неизменным и равным ≈200 мВ. Для определения нижней fн и верхней fв частот полосы про­пускания необходимо плавно изменять частоту генератора ниже и выше частоты fo до тех пор, пока выходное напря­жение не станет равным 0,707 Uвых ,max. измеренным на час­тоте fo.

2. При исследовании интегратора на его вход подается на­пряжение прямоугольной формы с выхода генератора низко­частотных сигналов ГЗ-36А.

3. При сборке схем триггера Шмитта и мультивибратора звено положительной обратной связи составьте из резисторов, использованных Вами в схеме инвертирующего усилителя. 4. При исследовании схемы мультивибратора в качестве звена отрицательной обратной связи используйте сборку, сос­тоящую из конденсатора С₁ и резистора R_ОС.