Исследование транзисторных усилителей

Принципиальная схема усилительного каскада переменного тока с резисторно-емкостными связями, выполненного на одном биполярном n-р-n-транзисторе, приведена на рис. 4.1.

Резисторы R1 и R2 образуют делитель постоянного напряжения, подводимого к базе транзистора VT1. Соотношение R1 и R2 задает рабочую точку каскада – напряжение коллектора при отсутствии сигнала (точку покоя). Эмиттерное сопротивление R4 обеспечивает стабилизацию точки покоя при колебаниях напряжения питания и температуры за счет сильной отрицательной обратной связи. Коллекторное сопротивление R3 формирует выходное напряжение и, кроме того, наряду с R4 обеспечивает режим работы транзистора по постоянному току. Компонент R_н – это нагрузка каскада, обладающая сопротивлением, а также зачастую паразитными параметрами: индуктивностью и емкостью.

Конденсатор С3 шунтирует R4, чтобы устранить отрицательную обратную связь по переменному току и тем самым не допустить уменьшения коэффициента усиления переменного сигнала.

Конденсаторы С1 и С2 называются разделительными, они обеспечивают протекание переменного тока, но препятствуют протеканию постоянного тока.

На низких частотах сопротивление разделительных конденсаторов возрастает, поэтому образуется делитель напряжения и коэффициент усиления каскада по напряжению падает. Кроме того, вследствие уменьшения емкостного сопротивления конденсатора С3 увеличивается отрицательная обратная связь по переменному току, что также уменьшает коэффициент усиления. Нижней граничной частотой полосы пропускания усилителя называется значение частоты, на которой коэффициент усиления микросхемы уменьшается на 3 дБ от значения в середине полосы пропускания.

При поступлении на вход каскада сигналов со средними частотами, емкостные сопротивления конденсаторов С1 и С2 низки, и они не оказывают значительного воздействия на функционирование устройства. В результате на средних частотах усиление сигнала наиболее велико.

При усилении сигнала высокой частоты паразитное емкостное сопротивление нагрузки весьма мало и оно значительно шунтирует выход каскада, что вызывает снижение усилительных свойств. Кроме того, с возрастанием частоты усиливается влияние емкостей транзистора и падает коэффициент усиления транзистора по току, так что по целому ряду причин коэффициент усиления каскада по напряжению уменьшается на высоких частотах даже при отсутствии емкости нагрузки.

Задание на подготовку к лабораторной работе:

1. Изучить материал о простейшем усилительном каскаде на биполярном транзисторе с общим эмиттером по учебной литературе [7, с. 148 – 152], [1, с. 295 – 307], [3, с. 246 – 249].

2. Выполнить расчет элементов усилителя исходя из следующих соображений:

2.1. Исходные данные (тип транзистора, параметры транзистора, напряжение питания U_п, сопротивление нагрузки R_н, внутреннее сопротивление источника сигнала R_ист , нижняя граничная частота полосы пропускания f_н) заданы в таблице вариантов.

2.2. Для обеспечения наилучших условий передачи мощности в нагрузку сопротивление в цепи коллектора выбирается равным сопротивлению нагрузки.

2.3. Напряжение покоя на резисторе R4 должно быть равно 0,1U_п.

2.4. Сопротивления делителя R1 и R2 выбираются таким образом, чтобы точка покоя соответствовала середине диапазона возможного изменения напряжения коллектора. Наибольшее напряжение коллектора равно напряжению питания. Наименьшее напряжение коллектора равно сумме падения напряжения на эмиттерном резисторе и наименьшего возможного напряжения коллектор-эмиттер, при котором транзистор остается в линейном режиме (рекомендуется 1 В).

2.5. Емкости конденсаторов должны быть минимальной величины при том условии, что коэффициент усиления на частоте f_н уменьшается не более чем на 3 дБ.

3. Рассчитать коэффициент усиления на средних частотах.

Задание на выполнение лабораторной работы:

Этапы выполнения работы:

1. Собрать схему модели усилителя в соответствии с расчетом. Пример модели и типичная осциллограмма напряжения на коллекторе приведены на рис. 4.2. Вольтметр в цепи коллектора предназначен для измерения напряжения точки покоя, он должен работать в режиме измерения постоянного напряжения. Вольтметр в цепи нагрузки измеряет выходное напряжение, он должен работать в режиме измерения переменного напряжения. Осциллограф необходим для того, чтобы убедиться в отсутствии искажений синусоидальной формы выходного сигнала; при наличии искажений следует уменьшить величину входного сигнала.

2. Определить экспериментально коэффициент усиления модели на средних частотах и сравнить с расчетным значением.

3. Определить экспериментально и построить зависимость коэффициента усиления от частоты.

Варианты задания:

Студент	Транзистор	β	rб, Ом	rэ, Ом
Группа	Модель
Баразгов Т. С.	2n	2N2218			0,42
Богуш М. В.	2n	2N2222			0,42
Гапеев А. В.	2n	2N3904			0,46
Горбачев М. А.	2n	2N4401			0,52
Горностаев К. А.	philips1	BC107			0,09
Григорович В. А.	philips1	BC375			0,22
Гудовщиков В. Ю.	philips1	BC879			0,09
Дрожжин А. А.	toshiba	MPSA06			0,15
Меньшиков С. Н.	toshiba	MPSA14			0,01
Разуменко И. А.	toshiba	MPSA43			0,05
Сапроненко М. А.	philips2	MPSA05			0,16
Стуков М. Н.	philips2	Q2N1613			0,09
Сучков Д. Л.	harris	BD239			0,25
Финогенов И. В.	harris	BDY55			0,01

Студент	Uп, В	Rн, Ом	Rист, Ом	fн, Гц
Баразгов Т. С.
Богуш М. В.
Гапеев А. В.
Горбачев М. А.
Горностаев К. А.
Григорович В. А.
Гудовщиков В. Ю.
Дрожжин А. А.
Меньшиков С. Н.
Разуменко И. А.
Сапроненко М. А.
Стуков М. Н.
Сучков Д. Л.
Финогенов И. В.

В отчете должны быть приведены:

1. Задание.

2. Данные своего варианта.

3. Схема усилителя.

4. Расчеты элементов усилителя.

5. Схема модели в виде скриншота.

6. Таблицы данных, полученных при работе модели.

7. График зависимости коэффициента усиления от частоты.

8. Выводы о свойствах усилителя.