Исследование усилительного каскада

Лабораторная работа № 11

НА ПОЛЕВОМ ТРАНЗИСТОРЕ»

1.Цель работы – практическое ознакомление с особенностью усилительного

каскада с общим истоком (ОИ), особенностей параллельной и последовательной отрицательной обратной связи (ООС) по напряжению и току.

По аналогии с биполярными транзисторами в зависимости от того, какой электрод используется в качестве общего заземленного электрода, различают три схемы включения полевых транзисторов: общий исток (ОИ), общий сток (ОС) и общий затвор (03).

Схема с общим истоком имеет много общего со схемой ОЭ для биполярного транзистора. Различие состоит в том, что полевому транзистору для открытия достаточно создать поле нужной напряженности, по этому входного тока затвор-исток практически нет. Особенно для транзисторов с изолированном затвором(МОП).

Для начала разберем как работает транзистор:

Изменяя потенциал на базе или затворе, мы изменяем сопротивление П-Н переходов (транзистора), следовательно изменяем ток через транзистор. Если напрямую подключим контакт к коллектору(стоку) то получим постоянное напряжение источника относительно земли(минуса). Чтобы снять усиленный сигнал нужно превратить ток через транзистор в напряжение, это делает резистор: при протекании через него, ток создает потенциал U=I*R. Резистор можно поставить до транзистора и после, если после (схема с общим коллектором (эмиттерный повторитель) или стоком).

Не будет усиления по напряжению, но большое усиление по току, так как выходное сопротивление это сопротивление насыщения транзистора.

И до транзистора:

В данном случае будет усиление по току и напряжению, так как транзистор и резистор образуют делитель напряжения. В этом варианте выходное сопротивление транзисторного каскада – сопротивление коллектора(стока). Уменьшив сопротивление можно увеличить нагрузочную способность, но оно ограничивает максимальный ток через транзистор. Так как схема представляет делитель то все проблемы построения такие как у делителя.

Для ознакомления полевой и биполярный транзисторы:

Для создания усилителя низких частот (звуковые частоты - низкие частоты) на одном транзисторе, нужно задать рабочую точку транзистора. Рабочая точка обеспечивает режим работы, в котором не линейные искажения будут минимальны при максимально возможной амплитуде выходного сигнала.

Для задания рабочей точки используем графики:

Левый график - входная характеристика, ищем линейный участок, его центр является рабочей точкой. Правый график это семейство выходных характеристик, рабочая точка Uзи определяет рабочее напряжение на транзисторе, а именно между стоком и истоком. Оно зависит от номиналов резисторов в стоке и истоке.

В данной лабораторной работе схема построена на полевом транзисторе (ПТ) с общим истоком. Именно ПТ обеспечивает высокое входное сопротивление(сопротивление резистора в делителе который задает рабочую точку) и возможность управлять большим током, так же ПТ обладают более линейной входной характеристикой чем БТ. Еще не маловажный момент – можно обойтись без резистора в истоке(не нужно задавать ток через затвор), что исключит последовательную обратную связь по току, тем самым увеличив коэффициент усиления по напряжению.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Пункт 1:

Вставьте динамик в подготовленные на макете гнезда. Включите питание, схемы поставив тумблер в верхнее положение на блоке питания «Тес 13», который находится справа от монитора.

Зайдите на сайт «в контакте» и воспроизведите любой звуковой файл или найдите на рабочем столе папку «музыка» и воспроизведите файл от туда.

Отключите динамик (в ходе выполнения работы можно не отключать, чтобы следить за изменение звуковых частот).

Пункт 2:

Запустите звуковой генератор и виртуальный осциллограф, ярлыки находятся на рабочем столе в правом нижнем углу экрана. Настройте осциллограф, чтобы амплитуда сигнала занимала 2/3 от дисплея.

Вставьте конденсатор 100n Ф в гнезда между затвором и стоком.

Постройте график зависимости амплитуды выходного сигнала от частоты меняя значения генератора: 50,100,200,300,400,500,600,700,800,900,1000Гц.

Пункт 3:

Вставьте конденсатор 500n Ф в гнезда между затвором и стоком. Постройте график зависимости амплитуды выходного сигнала от частоты.

Частоту изменяйте также.

Пункт 4:

Вставьте конденсатор 10000n Ф в гнезда между затвором и стоком. Постройте график зависимости амплитуды выходного сигнала от частоты.

Частоту изменяйте также.

Пункт 5:

Вставьте последовательную RC цепочку между затвором и стоком, с номиналами R=3 кОм С=200мкФ.

Постройте график зависимости амплитуды выходного сигнала от частоты. Частоту меняйте также.

Пункт 6:

Отключите RC цепочку.

Постройте 3 графика зависимости амплитуды выходного сигнала от частоты, подключая параллельно истоковому резистору конденсаторы 500nФ и 200мкФ. Третий график – без конденсаторов.

Частоту изменяйте как в предыдущих пунктах. Сравните полученные характеристики.

Пункт 7:

Зашунтируйте (вставьте перемычку параллельно, чтобы закоротить) истоковый резистор.

Установите максимальную амплитуду звукового генератора. Зарисуйте получившуюся форму выходного сигнала.

ОТЧЕТ О ВЫПОЛНЕНИИ РАБОТЫ:

Отчет о выполнении работы должен содержать графики выходных характеристик в зависимости от частоты с вводом параллельной отрицательной обратной связи по напряжению, с номиналами емкости сток-затвор 100, 500, 10000 nФ и последовательной RC цепочкой: 3 кОм, 200мкФ. Графики выходной характеристики с отрицательной последовательной обратной связью по току без шунтирующего конденсатора и с шунтирующим конденсатором, емкости 500 nФ, 200 мкФ и без таковых.

Схему макета и зарисовку искажений связанных с выходом транзистора в ключевой режим (выход из линейной части ВАХ транзистора).

Письменный ответ на контрольные вопросы, вывод о соответствии теоретических данных с полученными в ходе выполнения работы.

Контрольные вопросы:

1. Какие виды отрицательных обратных связей использовались в этой работе. Покажите и обоснуйте, в каком случае используется та или иная ООС.

2. Какие, из ООС исследуемых в этой работе являются частотно-зависимыми в данном диапазоне частот.

3. Объясните устно или письменно, по желанию преподавателя, с чем связаны нелинейные искажения выходного сигнала при выполнении пункта 7.

4. Постройте фильтр нижних частот для данного усилителя, используя экспериментальные данные, полученные в ходе выполнения работы.

5. Постройте фильтр верхних частот для данного усилителя, используя экспериментальные данные, полученные в ходе выполнения работы.