 |
Теоретическая часть
|
|
|
|
В транзисторных схемах источник сигнала может включаться в цепь базы или эмиттера, нагрузка - в цепь коллектора или эмиттера, а третий электрод транзистора оказывается общим для входной и выходной цепи. В зависимости от того, какой электрод транзистора оказывается общим, различают схемы ОЭ (с общим эмиттером), ОБ (с общей базой) и ОК (с общим коллектором), показанные на рисунке 3.1.
В этих схемах конденсаторы С1 и С2 служат для связи каскада с источником сигнала и нагрузкой на переменном токе и исключают в то же время влияние источника сигнала и нагрузки на режим работы каскада по постоянному току. Резисторы R1, R2, Rк и Rэ обеспечивают выбранный режим работы транзистора в активной области, т.е. выбранное положение рабочей точки на вольтамперных характеристиках транзистора. Конденсатор СЗ выполняет роль блокировочного конденсатора, исключая из работы на переменном токе резистор Rэ (каскад ОЭ) или делитель напряжения в цепи базы R1, R2 (каскад ОБ), и тем самым обеспечивает присоединение эмиттера (базы) к общей точке схемы.
Рисунок 3.1 - Принципиальные схемы каскадов
Для анализа транзисторных схем важно знать,как связаны электродные токи и напряжения между выводами транзистора, т.е. знать вольтамперные характеристики.
Прианализе каскада ОЭ удобно пользоваться зависимостями Iб = f1(Uбэ, Uкэ) и Iк = f2(Uкэ, Iб). Первые из них называются семейством входных, а вторые - семейством выходных характеристик. Их типичный вид приведен на рисунке 8. Здесь же приведена построенная нагрузочная прямая по постоянному току и выбранная на ней рабочая точка транзистора А с координатами IкА, UкэА, Iб , которая отображена также на семействе входных характеристик и имеет координаты IбА, (UбэА, IкэА). Для построенной нагрузочной прямой Iк = (Ек-Uкэ)/(Rк+Rэ), показанной на рисунке 3.2а), транзистop будет работать в активном режиме при токах базы в диапазоне Iк0 - IбН.
|
|
|
В усилительных схемах транзистор работает в активном режиме, когда эмиттерный переход смещен прямо (для р-п-р-транзистора Uбэ>0), а коллекторный - обратно (Uбк>0). При этом транзистор обладает усилительными свойствами и токи его электродов связаны между собой через статические коэффициенты передачи по току транзистора В и a:
В= Iк /Iб; В+1= Iэ /Iб; a= Iк /Iэ; (1)
откуда следует, что:
В=a/(1-a), a=В/В+1. (2)
а – выходные; б – входные.
Рисунок 3.2 - Статические вольтамперные характеристики транзистора
Для оценки параметров усилителя его принципиальную схему преобразуют в эквивалентную, в которой транзистор замещается своей малосигнальной эквивалентной схемой, показанной на рисунке 3.3.
Нас интересуют формулы для кu, кi, кp, Rвх и Rвых в диапазоне средних частот. На этих частотах можно не учитывать частотную зависимость коэффициента передачи по току и емкость Скэ - она отбрасывается. Емкости конденсаторов CI, C2 и СЗ выбирают настолько большими, чтобы на средних частотахих сопротивление было пренебрежимо малым по сравнению с суммарным сопротивлением окружающих их резисторов. Поэтому в эквивалентной схеме на рисунке 3.4 они представлены короткозамкнутыми ветвями. То же относится и к источнику питания Ек, так как схема на рисунке 3.4 справедлива только для переменных составляющих токов и напряжений. С учетом сказанного резисторы R1 и R2, так же как и резисторы Rк и RH (RH - нагрузка, подключается к выходным клеммам усилителя), оказываются соединенными параллельно. Поэтому в эквивалентной схеме фигурируют Rб = R1||R2 и RkH = Rk||RH. Аналогично можно получить эквивалентные схемы для каскадов ОБ и ОК. Применяя к эквивалентным схемам каскадов известные методы анализа электрических цепей (например, метод контурных токов), можно получить приближенные формулы для оценки основных параметров усилительных каскадов, представленные в таблице 3.1. В этих формулах:
|
|
|
RЭH = RЭ||RHRвх тр = rf + rЭ (B+1); (3)
где rЭ = 26 мВ/IЭА;
R'= RrRб/(Rr+Rб);
Rr - внутреннее сопротивление источника сигнала.
Для всех схем кр=кuкi.
Таблица 3.1 – Основные параметры усилительных каскадов
| Пара- метр | Схема включения транзистора | ||
| ОЭ | ОБ | ОК | |
| 
| 
| 
|
|   
| 
| 
|
| 
|
| 
|
| 
|
| 
|
| 
| 
| 
|
Верхняя граничная частота полосы пропускания (на этой частоте Uвых в 
раз меньше, чем на средней частоте) транзисторного каскада зависит от параметров транзистора fh21б, B, Cк, rб и rэ, нагрузки RH,CH, внутреннего сопротивления источника сигнала Rr и схемы включения транзистора. Для любого усилительного каскада:
fв=(2ptв)-1, (4)
где tв=G(tв+CкэRкH)+CHRкH.
В последней формуле tв = (B+1)/ 2p fh21б,
Cкэ=Cк(B+1),
а коэффициент G для каждой схемы включения транзистора вычисляют по формулам таблицы 3.1.
Описание макета
Исследуемая в работе схема представлена на рисунке 3.5. С помощью переключателей, расположенных на передней панели лабораторной установки, можно путем соответствующей коммутации эмиттерной, базовой и коллекторной цепей транзистора собрать любой из трех усилительных каскадов (ОЭ, ОБ или ОК).
Для оценки входного тока усилителя служат измерительные резисторы R1(ОЭ, ОК) и R6(ОБ). При этом,
iвх = (Uг-Uвх)/Rизм,
где Uг - напряжение на клеммах генератора;
Uвхнапряжение на входе усилителя (за измерительным резистором).
При оценке выходного сопротивления усилителя Rвых =Uвых xx/iвых кз будем считать, что холостой ход на выходе усилителя возникает, если установить RH=RHмакс, а режим короткого замыкания – при RH=RHмин, так как других возможностей данная лабораторная установка не предоставляет.
Рисунок 3.5 - Схема макета лабораторной работы
Питание усилительного каскада осуществляется от источника G1, напряжение на выходе которого устанавливают 10 В.
В исследуемой схеме стоит маломощный низкочастотный транзистор МП42А (fh21б = 1¸3 мГц, В= 30¸50, rб = 200 Ом, Ск = 30 пФ, Ркмакс =200 мВт). Резисторы и конденсаторы имеют следующие номиналы: R1=1 кОм, R2=11 кОм, R3=5.1 кОм, R4=R5=R9=3.6 кОм, R6=470 Ом, R7=20 Ом, R8=510 Ом, R10=10 кОм, С1=С2=С3=20 мкф.
|
|
|
Задание
Подготовить к работе генератор стандартных сигналов (ГСС) и милливольтметр переменного тока с большим входным сопротивлением. Ознакомившись с назначением органов управления лабораторной установки и присоединив к ней измерительные приборы, подключить установку к сети переменного тока.
1. Подавая на вход схемы синусоидальный сигнал с частотой
fc = 2кГц (средняя частота для усилителя) и напряжением Uг = 35 мВ, для каждого из усилительных каскадов ОЭ, ОБ, ОК провести экспериментальную оценку малосигнальных параметров каскада Rвх, кi, кu, кр, Rвых при различных сопротивлениях нагрузки RН. Построить зависимости параметров усилителя от RН.
2. Используя формулы таблицы, оценить те же параметры усилителя и вычислить относительное расхождение между экспериментальными и аналитическими результатами.
3. Пользуясь экспериментальными данными определить, какой каскад и при каких RН обладает наибольшим усилением по мощности. Объясните почему?
4. Дать заключение, как соотносятся между собой у различных каскадов малосигнальные параметры каскадов кi, кu, Rвх, Rвых. Объясните полученные результаты.
5. Экспериментально определить верхнюю граничную частоту для каждого из каскадов ОЭ, ОБ и ОК при RН = R10. Напряжение на выходе ГСС поддерживать неизменным на всех частотах и равным 35 мВ.
6. Рассчитать fв для каждого каскада и сопоставить расчетные и экспериментально полученные значения между собой.
4 Контрольные вопросы.
1. Какова малосигнальная эквивалентнаясхема транзистора, транзисторных каскадов ОЭ, ОБ, ОК?
2. Чем отличаются между собой усилительные каскады ОЭ, ОБ, ОК (схемные различия, различия в параметрах и характеристиках)?
3. Как измерить входное и выходное сопротивления усилителя, усиление по напряжению, току, мощности?
4. Объясните, почему возникают искажения в транзисторных каскадах? Какова природа возникающих искажений?
5. Дайте определение граничной частоты усилителя.
Министерство 
образования и науки Российской Федерации
|
|
|
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана»
(МГТУ им.Н.Э. Баумана)
Факультет Специальное машиностроение
Кафедра СМ-5
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4
по курсу «Электроника и микроэлектроника»
“ДИОДЫ В ИСТОЧНИКАХ ПИТАНИЯ”
Москва
Цель работы: исследование характеристик и параметров выпрямительных схем и стабилизаторов напряжения.
Содержание работы
1. Изучение работы схем выпрямителя для активной и емкостной нагрузки.
2. Экспериментальное определение параметров выпрямителя, нагрузочных характеристик.
|
|
|
