Кривоносенко Геннадий Владимирович
Должность:преподаватель общепрофессиональных дисциплин
Группа:Посетители
Страна:Россия
Регион:Воронежская область г. Семилуки
01.11.2014
0
663
1

ЛАБОРАТОРНОЕ ЗАНЯТИЕ № 11 ИССЛЕДОВАНИЕ УСИЛИТЕЛЬНЫХ КАСКАДОВ НА БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ

 

ЛабораторнОЕ ЗАНЯТИЕ № 11

Исследование усилительных каскадов на биполярных транзисторах

Цель занятия:практическое ознакомление с особенностью усилительного каскада с общим эмиттером (ОЭ).

 

Перечень приборов.

  1. Лабораторный  стенд. 
  2. Блок  3   (схемы  AI,  A2,  A3).
  3. Соединительные провода.

 4. Электронный осциллограф.

Рекомендуемая литература. 1) курс лекций; 2) (1) стр. 541 – 560; 3) (2) стр. 125 – 150.

 

Контрольные вопросы.

1. Для   чего   служат  делители   напряжения   в   цепи   базы   усилительных
каскадов?

2. Когда происходит искажение выходного сигнала и почему?

3. Почему уменьшается коэффициент усиления на низких частотах?

4. В чем особенность эмиттерного повторителя?

5. Какие выводы можно сделать об усилительном каскаде ОБ?

 

Краткие теоретические сведения.

Полупроводниковые усилители

Для усиления электрических сигналов, поступающих, напри­мер, с датчиков звука, давления, температуры, освещенности или уско­рения, широкое применение нашли полупроводниковые усили­тели. В последнее время они практически заменили электронные усилители благодаря ряду преимуществ: более высокой надежно­сти транзистора по сравнению с электронной лампой, меньшим габаритам и весу, малой потребляемой мощности, более высоко­му КПД.



Любой усилительный каскад содержит: нелинейный элемент
(транзистор, электронная лампа), обладающий семейством уп­равляемых вольт-амперных характеристик (ВАХ); нагрузочный элемент (резистор, трансформатор, индуктивная катушка), включаемый последовательно с нелиней­ным, и источник питания — как правило источник постоянного напряжения.

Усиление электрических сигналов осуществляется за счет энергии источника питания, которая преобразуется в энер­гию выходного сигнала, управляющего работой громкоговорителя, реле, измеритель­ного прибора, двигателя и других устройств.

Наиболее распространена схема усилительного каскада с общим эмиттером (рис. 1, а). Схема замещения такого каскада изобра­жена в виде ЭЦ, показанной на рис.1, б. Ее анализ можно про­вести графически. На рис.2 изображены семейство управляемых ВАХ транзистора Iк=f(UK) при I6 = const, т. е. зависимость тока коллекто­ра от напряжения на коллекторе при различных постоянных токах базы, а также линия нагрузки АВ, определяемая сопротивлением RKв цепи коллектора и ЭДС источника питания Ек.Линия нагрузки может быть построена по двум точкам: точке А — режим короткого замыкания (I=Eк/Rк) и точке В — режим холостого хода (Uк= Ек). В соответствии со 2-м правилом Кирхгофа для ЭЦ, показанной на рис. 1, б, Uвых = Ек -IкRк.


Изменение входного сигнала (тока базы) от
Ιб = 0 до Iб4 ведет к перемещению рабочей точки Р (точка пересечения ВАХ с ли­нией нагрузки) от В к А, а следовательно, к изменению коллек­торного тока от Iк 0  до Iк 4 и выходного напряжения от Uк 0  Екдо Uк 4  0. Таким образом, в схеме усилительного каскада (см. рис.1, а) транзистор Т выполняет роль усилителя входного тока Iб, а резистор Rкслужит для преобразования выходного тока Iк в выходное напряжение Uвых = Uк . При этом увеличению значения входного сигнала (тока базы) соответствует уменьшение выход­ного напряжения и наоборот, т.е. угол фазового сдвига выходно­го сигнала относительно входного для схемы с общим эмитте­ром равен 180°.

Усилитель с общим эмиттером имеет коэффициент усиления по напряжению Кuдо 200, входное сопротивление Rвхсоставляет сотни Ом, выходное сопротивление Rвых— несколько килоОм. Низкое входное сопротивление и высокое выходное затрудняют использование такой схемы при работе с высокоомным источни­ком сигналов и низкоомной нагрузкой.


Для низкоомной нагрузки обычно используют усилительный
каскад с общим коллектором (рис.3). Его выходное сопротивле­ние всего лишь несколько десятков Ом, а входное достигает не­скольких килоом. Коэффициент усиления каскада близок к еди­нице, фаза выходного сигнала совпадает с фазой входного. По­этому усилительный каскад с общим коллектором получил на­звание эмиттерного повторителя.


На рис. 4 приведена схема усилительного каскада и показана
форма сигнала в контрольных точках. Для обеспечения линейного режима работы усилителя рабочая точка покоя Р (при Uвх = 0) дол­жна располагаться на середине нагрузочной линии АВ. Фиксация рабочей точки Р возможна за счет введения в схему усилителя базового делителя  Rб1Rб2 , обеспечивающего наличие в цепи базы тока покоя Iб.пок.


Для исключения влияния выходного сопротивления источни­
ка сигнала на ток базы покоя во входной цепи усилителя устанавливается разделительный конденсатор Ср1. В то же время для выде­ления на нагрузке лишь переменной составляющей усиленного сигнала в выходной цепи усилителя устанавливается разделитель­ный конденсатор Ср2.


Один из основных недостатков транзисторных усилителей — существенная зависимость их характеристик от температуры. Это
требует применения в усилителе специальных средств и, в пер­вую очередь, введения различного рода обратных связей.

Обратной связью (ОС) называют воздействие части выходно­го сигнала на вход усилителя. Если сигнал ОС складывается с входным сигналом, увеличивая сигнал, поступающий в усили­тель, то обратная связь называется положительной. Если сигнал ОС вычитается из входного сигнала, то обратная связь называется отри­цательной.

В усилителях нашла применение лишь отрицательная ОС, так как она позволяет существенно улучшить их свойства, в частно­сти, увеличить стабильность коэффициента усиления при изменении температуры окружающей среды. Наиболее широко используется отрицатель­ная ОС по постоянному току. Для этого в цепь эмиттера включает­ся резистор Rэ. Для исключения ОС по переменной составляющей параллельно резистору Rэ устанавливается конденсатор Сэ, емко­стное сопротивление которого Хс>>Rэ.В этом случае конденсатор шунтирует резистор Rэдля переменной составляющей входного сигнала.

Используется также отрицательная ОС по напряжению, когда часть выходного сигнала в противофазе поступает на вход уси­лителя.

Положительная ОС, наоборот, снижает устойчивость работы усилителя и может привести к возникновению колебаний (само­возбуждению), т.е. превращению усилителя в генератор.

Основным параметром усилителя является его коэффициент усиления.

Различают коэффициенты усиления по напряжению, току и мощности, которые представляют собой отношение соответственно напряжения, тока и мощности на выходе усилителя к напряже­нию, току и мощности на его входе:Кu=Uвых/Uвх; Кi=Iвых/Iвх; Кр=Рвых/ Рвых.

Для повышения коэффициента усиления используются много­каскадные усилители с трансформаторной, гальванической или активно-емкостной (R — С) связью между каскадами. Гальвани­ческая (без реактивных элементов) связь используется в усилите­лях постоянного тока.

В усилителях низкой частоты широко применяется R-связь. Коэффициент усиления многокаскадных усилителей равен произведению коэффициентов усиления отдельных каскадов: К =К1 К2 К3….

Основными характеристиками усилителя являются амплитуд­ная и частотная.


1.
  Амплитудная характеристика Uвых=f(Uвх)(рис. 5, а) пред­ставляет собой зависимость напряжения на выходе усилителя от напряжения на входе при постоянной частоте.


Она позволяет выделить рабочий диапазон усиливаемых сигна­
лов

ΔUвх=Uвx2- Uвx1

соответствующий участку АВ, на котором искажения формы сигнала отсутствуют.

На участке СА (Uвx<Uвхl)имеют место собственные шумы уси­лителя, не позволяющие четко выделить на входе усиливаемый сигнал.

Участок BD(Uвx>Uвх2)соответствует работе усилителя в обла­сти насыщения транзистора, что приводит к появлению нели­нейных искажений в выходном сигнале.

2.Частотная характеристика K=ψ(f) при Uвх=const (рис. 5, б) представляет собой зависимость коэффициента усиления К отча­стоты входного сигнала  fпри постоянном напряжении на входе(Uвх = const).

Она характеризует частотные свойства усилителя, т.е. способ­ность усиливать сигналы в определенном диапазоне частот, на­зываемым полосой пропускания

 Δf=fв - fн, гдеfвиfн — соответ­ственно верхняя и нижняя граничные частоты.

Уменьшение коэффициента усиления на нижних частотах вызвано влиянием разделительных конденсаторов Ср1, Ср2 (см. рис. 4), сопротивление которых на низких частотах велико.

На верхних частотах уменьшение коэффициента усиления происходит вследствие шунтирующего действия паразитных ем­костей транзистора и монтажа.


Для удобства построения частотной характеристики значе­
ния частот откладывают в логарифмическом масштабе.

 

Проверка знаний.

1. Какими электрическими параметрами определяется со­противление RБ резистора на рис.6?

1.Напряжениями ЕК и UБ-Э0.

2.    Напряжением UБ-Э0.

3.    Током <span lang="EN-US

Комментарии пользователей /0/
Комментариев нет...
Информация
Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.
Наши услуги



Мы в соц. сетях

    Персональные сообщения