Порядок выполнения лабораторной работы. Описание лабораторной установки.

Описание лабораторной установки.

Для выполнения лабораторной работы используются лабораторный стенд, генератор сигналов низкочастотный Г3-112, вольтметр В3-56, осциллограф С1-76, вольтметр цифровой В7-38.

Схема лабораторного стенда представлена в Приложении А на рисунке А.1. В лабораторном стенде расположен биполярный транзистор КТ315Б, частотные параметры которого следует определить.

Генератор применяется для формирования входного гармонического напряжения заданной частоты и амплитуды.

Вольтметры применяются для измерения постоянного и действующего значения переменного напряжения в схеме.

Осциллограф применяется для визуального наблюдения в схеме формы напряжения в зависимости от времени.

Частотная характеристика транзистора в усилительном каскаде определяется путем измерения уровня выходного сигнала при изменении частоты генератора. Схема установки показана на рисунке 5.1.

Рисунок 5.1. – Струкутрная схема установки для определения

частотной характеристики транзистора в усилительном каскаде.

Изменяя частоту генератора, и контролируя при этом уровень входного сигнала U_вх по вольтметру V1 около постоянного значения, необходимо записывать показания выходного вольтметра V2.

Порядок выполнения лабораторной работы.

Подключить блок питания к исследуемому каскаду на биполярном транзисторе. Для этого:

§ переключатели S1…S5 и S7 перевести в положение «ВКЛ»;

§ переключатели S6 и S8 перевести в положение «1».

В качестве схемы питания исследуемого транзистора используется схема с общим эмиттером и фиксированным током базы, которая показана на рисунке 5.2.

Рисунок 5.2. – Схема питания усилителя с ОЭ и фиксированным током базы.

Для получения этой схемы на лабораторном стенде необходимо произвести следующие установки:

§ переключатель S9 установить в положение «1»;

§ тумблер S10 установить в положение «ВЫКЛ»;

§ тумблер S12 установить в положение «ВЫКЛ»;

§ тумблер S13 установить в положение «2».

Регулирующим элементом, выведенным на переднюю панель стенда, для данного типа схемы является переменное сопротивление R7 (на рисунке 5.2 резистор R_б1). Вращая ручку резистора R7, можно установить на коллекторе необходимое постоянное напряжение в рабочей точке. Таким образом можно менять положение рабочей точки на выходных характеристиках транзистора.

Собрать схему установки в соответствии с рисунком 5.1. Согласно схеме (рис. 5.1) генератор сигналов выполняет функции имитации входного воздействия для исследуемого каскада. В данном случае входным воздействием является гармоническое напряжение заданной частоты и амплитуды. Уровень переменного напряжения входного воздействия контролируется входным вольтметром V1. Уровень постоянного и переменного напряжения выходного сигнала контролируется выходным вольтметром V2 (рисунок 5.1). При этом входом исследуемого каскада является разъем Х6, выходом – Х5.

На вход исследуемого каскада подключить генератор звуковой частоты Г3-112 и вольтметр В3-56, а на выход каскада ‑ цифровой вольтметр В7-38 и осциллограф С1-76, как показано на рисунке 5.1. При подключении приборов к схеме с помощью проводников необходимо соблюдать соответствие контактов прибора и схемы (общий провод прибора подключается к общему проводу схемы «┴», а сигнальный – к сигнальному). У проводников принято, что общим проводом «┴» является длинный контакт, а сигнальный ‑ коротким.

Включить питание стенда и приборов.

При этом блок питания для исследуемого каскада формирует напряжение питания Е_п = 9 В. Сопротивление нагрузки усилительного каскада фиксировано и составляет R_н = R_к = 2 кОм.

Цифровой вольтметр перевести в режим измерения постоянного напряжения «=».

Перед началом работы с осциллографом необходимо выставить нулевой уровень сигнала (ось времени). Для этого на осциллографе переключатель вида подаваемого на вход сигнала перевести в положение «┴», что соответствует нулевому уровню сигнала на входе осциллографа. Ручкой «УСИЛИТЕЛЬ» установить положение луча (ось времени) внизу экрана электронно-лучевой трубки осциллографа. Затем осциллограф перевести в режим « » для измерения постоянного и переменного напряжения.

Генератор сигналов НЧ, подключенный к разъему X6, перевести в режим генерации синусоидальных колебаний «~» с частотой F = 1 кГц.

Амплитудно-частотная характеристика исследуемого транзистора измеряется в условиях линейного режима работы усилительного каскада, т.е. при минимальных искажениях выходного сигнала. Для этого установить с помощью резистора R7 выходное постоянное напряжение в рабочей точке U_КЭА ≈ Е_п/2 = 4 В, что соответствует линейному режиму работы каскада.

Кроме того, для обеспечения минимальных искажений выходного сигнала u_вых(t) необходимо определить соответствующий уровень U_вх входного сигнала u_вх(t). Для этого на генераторе сигналов НЧ ручкой регулировки амплитуды изменяя уровень входного сигнала U_вх, добиться минимальных искажений осциллограммы выходного сигнала, т.е. транзистор не должен входить в режим ограничения. Режим ограничения выходного сигнала контролировать по его осциллограмме. По необходимости на осциллографе переключателями масштаба по времени и напряжению добиться отображения нескольких периодов осциллограммы с максимально возможной амплитудой. Для обеспечения неподвижности осциллограммы использовать ручку «СИНХРОНИЗАЦИЯ».

После установки уровня входного сигнала U_вх проверить условия линейного режима работы усилительного каскада (U_КЭА ≈ Е_п/2 = 4 В).

По входному вольтметру определить значение U_вх, при котором искажения осциллограммы выходного напряжения минимальны.

Измерить и построить частотную характеристику транзистора. Для этого выходной вольтметр перевести в режим измерения переменного напряжения «~». Изменяя частоту генератора сигналов НЧ, и поддерживая при этом уровень входного сигнала U_вх около полученного ранее постоянного значения, занести данные измерений выходного напряжения U_вых в таблицу 5.1.

Таблица 5.1.

f, кГц
Uвых, В
К(f), раз

Рассчитать значения амплитудно-частотной характеристики исследуемого транзистора в относительных единицах для каждой частоты по формуле К(f) = U_вых(f) / U_вх.

Рассчитать нормированную амплитудно-частотную характеристику исследуемого транзистора по формуле N(f) = K(f) / K_max, где K_max – максимальное значение амплитудно-частотной характеристики. Полученная зависимость соответствует нормированной зависимости β(f) / β₀, где β₀ – коэффициент передачи тока базы транзистора КТ315Б в режиме работы каскада по постоянному току (режим покоя), β₀ = 100 (таблица 4.1).

По полученной частотной характеристике β(f) / β₀ на уровне от её максимального значения определить частоту f_β, соответствующую данному уровню. Частоту f_α можно вычислить следующим образом

f_α = f_β (1 + β₀), (5.1)

Рассчитать нормированную зависимость α(f) / α₀, где α(f) = β(f) /(1 + β(f)),
α₀= β₀ /(1 + β₀).

Содержание отчета.

1. Название, цель работы.

2. Схема включения исследуемого биполярного транзистора.

3. Нормированные зависимости β(f) / β₀ и α(f) / α₀ исследуемого биполярного транзистора КТ315Б, построенные на одном рисунке.

4. Расчет граничных частот исследуемого транзистора f_α и f_β.

5. Выводы.

Контрольные вопросы.

Для подготовки ответов на контрольные вопросы по лабораторной работе необходимо изучить соответствующие лекции.

1. Основные частотные параметры биполярного транзистора.

2. Нарисовать зависимость коэффициентов передачи тока эмиттера и тока базы от частоты, объяснить их.

3. В какой схеме включения биполярного транзистора коэффициент прямой передачи тока сильнее зависит от частоты и почему?

4. Влияние емкостей переходов транзистора на его частотные свойства.

5. Нарисовать эквивалентные Т-образные схемы транзистора с учетом емкостей переходов.

6. Какие из параметров эквивалентной схемы являются частотно зависимыми?

Для углубленного изучения контрольных вопросов необходимо изучить соответствующий материал из рекомендуемой литературы [1, 2].

Лабораторная работа № 6. Изучение схем питания биполярных
транзисторов.

Цель работы:исследование режима работы по постоянному току биполярного транзистора (БТ) в схеме с общим эмиттером (ОЭ).

Теоретические сведения.

При подключенном напряжении питания и отсутствии входного сигнала усилительный каскад работает в режиме покоя, который в усилителях переменного сигнала называется режимом постоянного тока. Он задается цепями питания усилительных элементов, которые должны обеспечить необходимое напряжение на электродах, токи через усилительный элемент и быть постоянными в процессе эксплуатации при воздействии дестабилизирующих факторов.

В работе необходимо исследовать 4 схемы питания усилительного каскада с ОЭ, отличающихся подачей напряжения смещения во входную цепь усилителя.

Исходные данные: Е_п = 9 В; R_н = R_к = 2 кОм.

Схема питания усилительного каскада на БТ с ОЭ с фиксированным
током базы

Рисунок 6.1. – Схема питания усилительного каскада с ОЭ,

осуществляемая фиксированным током базы.

С целью обеспечения возможности регулировки I_б в схему усилительного каскада вместо R_б включают постоянный R_б2 и переменный резистор R_б1 (рисунок 6.2).

Рисунок 6.2. – Схема питания усилителя с ОЭ фиксированным током базы,

позволяющая изменять I_БА с помощью R_б1.

Схема питания усилительного каскада на БТ с ОЭ с отрицательной
обратной связью по напряжению

Рисунок 6.3. – Схема питания усилительного каскада по схеме с ОЭ

с отрицательной обратной связью (ООС) по напряжению.

Принцип действия данной схемы похож на схему фиксированным током базы, но она позволяет получить более стабильное положение рабочей точки А. В этой схеме в напряжении U_КЭ, снимаемое с коллектора и подаваемое на базу транзистора через Rоос, присутствуют переменная и постоянная составляющая.

Как и в предыдущей схеме используем возможность регулировки I_Б с помощью включения последовательно с R_ООС1 и R_ООС3 переменного резистора R_ООС2 (рисунок 6.4).

Так же в данной схеме имеется возможность подключения конденсатора C_ООС при помощи переключателя S. Элементы R_ООС3 R_ООС2 С_ООС – образуют фильтр нижних частот, который пропускает только постоянную составляющую базового тока и составляющую вызванную изменением температуры. Поэтому переменная составляющая коллекторного тока замыкается на общий провод через C_ООС и не доходит до базы. Таким образом, в схеме происходит уменьшение изменений тока коллектора, вызванных только изменением температуры.

Рисунок 6.4. – Схема питания усилительного каскада по схеме с ОЭ

с ООС по напряжению, позволяющая регулировать I_БА с помощью R_Б1.

Схема питания усилительного каскада на БТ с ОЭ с фиксированным
напряжением база-эмиттер

Схемы усилительного каскада с ОЭ с фиксированным напряжением база-эмиттер и фиксированным напряжением база-эмиттер с эмиттерной стабилизацией приведены на рисунке 6.5.

Схема питания с фиксированным напряжением база-эмиттер обладает лучшей стабильностью режима усилителя по постоянному току. Делитель напряжения, образованный резисторами (R_д1 + R_д3) и R_д2, делает фиксированным напряжение база-эмиттер.

Сопротивление R_Э (рисунок 6.5, б) создает отрицательную обратную связь как по постоянному так и переменному току. ООС по постоянному току стабилизирует режим покоя усилителя, ООС по переменному току – снижает коэффициент усиления по напряжению К_u. Для устранения снижения К_u в схему вводится конденсатор С_Э, который для переменного тока устраняет ООС, шунтируя R_Э.

Рисунок 6.5. – Схема усилительного каскада с ОЭ

с фиксированным напряжением база-эмиттер (а)

и фиксированным напряжением база-эмиттер с эмиттерной стабилизацией (б).