Постоянное напряжение смещения на базе

U_б0 = U_Rб2 – U_Rэ1.

Ток смещения базы Ι_б0 определяется по входной характеристике (рис. 3.5). Значения Е_К, R_К установить как в п. 4.

Напряжение входного сигнала (переменное) поддерживать равным нулю. Для этого тумблер В12 перевести в положение «~ U_ВХ», B1 разомкнуть и контролировать величину сигнала по микроамперметру (Ι_ВХ = 0).

Рис. 3.5. Графический способ определения напряжения и тока смещения,

максимального входного тока и напряжения, входного сопротивления

постоянному току

К пункту 6.

Для сборки схемы с ОК: ВЗ и В4 замкнуты (R_К = 0), B14 – в положении «ОК», В7 разомкнут. Тумблерами В6, В9, B11 набрать необходимое значение R_Э, тумблерами В8, B10 – значение R_Н. Тумблер B16 замкнут.

Тумблер В7 следует разомкнуть. В этом случае эмиттер уже не будет подключён к корпусу через конденсатор, т.е. по переменному току эмиттер в схеме с ОК имеет потенциал, отличный от потенциала корпуса. Теперь зажимы «эмиттер-корпус» – это выходные зажимы усилителя, с которых снимается выходное напряжение.

Тумблеры В3, В4 замыкаются, и коллектор оказывается подключённым непосредственно к источнику питания (см. рис. 3.1 и рис. 3.4). Источник питания Е_К представляет собой выпрямитель со сглаживающим ёмкостным фильтром С_ф. Конденсатор С_ф шунтирует источник питания и соединяет коллектор с корпусом, поэтому коллектор по переменному току имеет потенциал корпуса. Следовательно, нагрузка R_Н фактически подключена по переменному току в схеме с ОК к зажимам «эмиттер-коллектор». Входное напряжение подаётся к зажимам «база-корпус», т.е. «база-коллектор». Таким образом, в схеме с ОК коллектор является общим зажимом для входа и выхода.

Входное напряжение U_ВХ задается не выше допустимого. Отсутствие искажений в форме выходного напряжения контролируется с помощью осциллографа.

Методика определения К_i, К_u, К_p, I_ВХ показана в методических указаниях к п. 4.

Коэффициент усиления по напряжению К_u в схеме c ОК примерно равен 1.

К пункту 7.

Изменяя U_ВХ, записывать значения U_ВХ и U_ВЫХ, измеренные вольтметром. Измерение прекратить при достижении U_ВХ максимально допустимой величины, определенной в п. 6.

К пункту 8.

Выставив необходимые значения Е_К и R_Э, установить U_ВХ на уровне 0,2 В. Тумблерами В8, B10 набрать необходимое в данном замере R_Н. В таблицу (табл. 3.3) занести значения Ι_d и U_ВЫХ. Измерение повторять для других значений R_Н, заполняя табл. 3.7. Для расчета К_i, К_u, К_p воспользоваться формулами, приведенными в п. 4.

Содержание отчета

Отчет по работе должен содержать:

· схему для снятия статических характеристик;

· схемы усилительных каскадов с ОЭ и ОК;

· таблицы с результатами измерений;

· входные и выходные характеристики с необходимыми построениями;

· амплитудную характеристику;

· сводную таблицу результатов расчета коэффициентов усиления К_i, К_u, К_p.

Краткие теоретические сведения

Принцип усиления рассматриваемых устройств состоит в том, что при помощи небольшого тока базы можно управлять значительными токами коллектора и эмиттера транзистора.

Каскады ОЭ и ОК дают усиление no токy, так как и ток коллектора и ток эмиттера больше тока базы. Усилитель с общим эмиттером дает усиление по напряжению и изменяет фазу выходного сигнала на 180° по отношению к синусоидальному входному. Каскад ОК (эмиттерный повторитель) не дает усиления по напряжению и не инвертирует фазу входного сигнала. В этом легко убедиться, если учесть, что напряжение U_бэ незначительно, и мало меняется при работе каскада. Следовательно, потенциал эмиттера «привязан» к потенциалу базы и повторяет его изменения: U_ВХ = U_бэ + U_ВЫХ @ U_ВЫХ.

Если на усилитель подать только напряжение источника питания, то через транзистор и резисторы R_К и R_Э потекут постоянные токи. При подаче на вход переменного напряжения все токи и напряжения начнут пульсировать. При отсутствии цепей смещения усиливается только одна половина синусоидального входного сигнала. Для усиления и положительной и отрицательной полуволн входного сигнала в схему усилителей вводят напряжение смещения.

Делитель напряжения, состоящий из резисторов R_б1 и R_б2 (см. рис. 3.3), и сопротивление в цепи эмиттера R_э1 служат для задания постоянных составляющих напряжения между базой и эмиттером U_б0 и тока базы Ι_б0 (напряжения и тока смещения), которые определяют положение рабочих точек «П» и «П'» на входных (рис. 3.5) и выходных (рис. 3.6) характеристиках транзистора соответственно.

Напряжение между базой и эмиттером

U_бо = U_Rб2 – U_Rэ1 = Ι_дел.R_б2 – Ι_эR_э1.

Ток делителя

Ι_дел. = .

Резистор R₂ ограничивает ток, протекающий в цепи базы транзистора. Резистор R_э1 используется совместно с конденсатором С_Э как цепь температурной стабилизации при исследовании схемы с общим эмиттером. Резисторы R_э2 и R_э3 включаются в цепь эмиттера при исследовании каскада с общим коллектором.

Рис. 3.6. Линии нагрузки на выходных характеристиках

Конденсаторы С_ВХ и С_ВЫХ являются разделительными. С_ВХ служит для того, чтобы постоянный ток делителя R_б1, R_б2 не оказывал влияния на работу источника переменного входного сигнала. С_ВЫХ служит для того, чтобы на выходе каскада в сопротивлении R_Н выделялась только переменная составляющая усиленного сигнала.

Линия нагрузки по постоянному току MN строится по точкам N(I_К = 0, U_К = E_К) и M(I_К = E_K/R₌, U_К = 0), где R₌ = R_К + R_Э; линия нагрузки по переменному току KL строится по точкам L(I_К = 0, U_КО + I_КО·R_~) и K(I_КО + U_КО/R_~, U_К = 0), где R_~ = R_Н·R_К/(R_Н + R_К).

Резистор R_э1 осуществляет также температурную стабилизацию тока покоя коллектора I_КО, являясь элементом отрицательной обратной связи. При повышении температуры транзистора увеличиваются токи коллектора и эмиттера, возрастает падение напряжения Ι_эR_э1, что влечет за собой уменьшение (по абсолютной величине) напряжения на базе U_б0 и тока базы Ι_б0. Ток базы связан с током коллектора прямо пропорциональной зависимостью. Таким образом, за счет повышения температуры происходит увеличение тока коллектора на ∆Ι'_К, а из-за уменьшения тока базы Ι_б0 – уменьшение тока коллектора на ∆Ι"_К. Результирующее изменение тока коллектора оказывается незначительным:

∆Ι_К = ∆Ι'_К – ∆Ι"_К.

Чтобы не возникла отрицательная обратная связь по переменному току, сопротивление R_э1 зашунтировано конденсато- ром С_Э. Отсутствие этой цепи уменьшало бы коэффициент усиления усилителя на переменном токе.

Резисторы R_К1, R_К2 в схеме ОЭ (см. рис. 3.3) и сопротивления R_э2, R_э3 в схеме ОК (см. рис. 3.4) являются нагрузочными (не путать с нагрузкой) и включаются последовательно с транзистором по отношению к источнику питания E_К.

Резисторы R_Н1 и R_Н2 являются сопротивлениями нагрузки для одиночного каскада.

Контрольные вопросы и задания

1. Объясните принцип действия биполярного транзистора.

2. Для чего используются входные, выходные и переходные характеристики транзистора? Что по ним можно определить?

3. Объясните, почему ток коллектора зависит от тока базы.

4. Как по входной характеристике определить необходимое напряжение и ток смещения, максимальное входное напряжение?

5. Почему усилительный каскад с общим коллектором называется эмиттерным повторителем?

6. Сравните каскады ОЭ и ОК по усилительным свойствам, а также по входным и выходным сопротивлениям.

7. Какова фаза выходного напряжения по отношению к входному в схемах ОЭ и ОК?

8. Почему каскад ОК не дает усиления по напряжению, а усиливает сигнал по току и мощности?

9. Как осуществляется температурная стабилизация тока покоя коллектора в схеме с ОЭ?

10. Что является нагрузкой усилителя по постоянному и переменному току?

11. Как по входной характеристике определить входное сопротивление транзистора постоянному и переменному току?

12. Каким образом по выходной характеристике определяется выходное сопротивление транзистора по постоянному и переменному току?

13. Как построить линию нагрузки по постоянному току?

Лабораторная работа №4