Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Управління інформацією
Кафедра:
Захист інформації
Інформація про роботу
Рік:
2007
Тип роботи:
Інші
Предмет:
Електроніка та мікросхемотехніка
Група:
ПІ
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
«ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА»
ПІДСИЛЮВАЧ НАПРУГИ НЧ НА БІПОЛЯРНОМУ ТРАНЗИСТОРІ
Інструкція до лабораторної роботи № 1
з дисципліни: "Електроніка та мікросхемотехніка"
для студентів базових напрямів:
6.170101 «Безпека інформаційних і комунікаційних систем»,
6.170102 «Системи технічного захисту інформації»,
6.170103 «Управління інформаційною безпекою».
Затверджено
на засіданні кафедри
"Захист інформації"
Протокол №1 від 30 серпня 2007 р.
Львів – 2007
Підсилювач напруги НЧ на біполярному транзисторі: Інструкція до лабораторної роботи №1 з дисципліни: "Електроніка та мікросхемотехніка" / Укл.: Нечай О.М. - Львів: Видавництво Національного університету "Львівська політехніка", 2007. - 9 с.
Укладач
Нечай О.М., канд. техн. наук.
Відповідальний за випуск
Дудикевич В.Б., д-р техн. наук, проф.
Рецензенти
Кеньо Г.В., канд. техн. наук, доц. Стрілецький З.М., канд. техн. наук, доц.
Мета роботи – 1. Дослідження принципу дії підсилювача напруги низької частоти (ПНЧ) на транзисторі, включеному зі спільним емітером;
2. Експериментальна перевірка розрахунку елементів схеми і визначення основних характеристик і параметрів;
3. Визначення впливу відхилень параметрів елементів схеми на роботу підсилювача в цілому.
Теоретичні відомості
Каскади підсилення напруги низької частоти частіше всього виконують на транзисторах, включених зі СЕ, тому що при цьому одержують найбільше підсилення сигналу по потуж ності (у порівнянні з двома іншими схемами включення транзистора - із СБ і СК). Робочу точку підсилювального каскаду вибирають у кожному конкретному випадку в залежності від параметрів, який повинний мати підсилювач. Основними вимогами, запропонованими до каскаду, є: максимальне підсилення по напрузі; мінімальні частотні і нелінійні спотворення; висока економічність; температурна стабільність.
Одночасно виконати всі ці вимоги неможливо. Так, при великому підсиленні знижується стійкість роботи підсилювача, що легко збуджується, перетворюючись у генератор, і пору шується його нормальне функціонування. Збільшення температурної стабільності обов'яз ково супроводжується зниженням підсилення і ккд.
Рис.1.1
Рис. 1. 2
У даній роботі досліджується підсилювач, до якого висувають вимогу мінімаль них спотворювань сигналу, що підсилюється, при максимальному використанні можливостей транзистора. Робочу точку такого каскаду вибирають у визначеній послідовності.
На сім’ї вихідних характеристик транзистора (рис.1.2,а) будують лінію навантаження БВ (див. пояснення до роботи “Режим каскаду з спільним емітером по постійному струмові“), виходячи з наступних умов:
(1.1)
(1.2)
Виконання нерівності (1.1) необхідно для того, щоб колекторний струм насиченого транзис то ра був менше максимально припустимого струму . Коефіцієнт 0,8 гарантує виконання цієї нерівності при розкиді опору резистора R3 і нестабільності джерела живлення Eк. Виконання нерівності (1.2) забезпечує надійну роботу транзистора в режимі відсічки або при обриві кола резистора R1, коли напруга на колекторі транзистора піднімається майже до Ек.
Робоча точка каскаду А(р.T.) вибирається посередині робочої ділянки лінії навантаження БВ і характеризується трьома параметрами: струмами ІБ р.т і Ік.р. т і напругою UКЕР.т. Потім її переносять на вхідну характеристику транзистора, зняту при UКЕ = UКЕр.т, і по знайденому значенню ІБ РТ визначають напругу UБЄ РТ (рис.1.2, б).
Вхідний сигнал (його струм Іб~, напруга UБЕ~) викликає появу змінних складових стру му колектора Ік~ і напруги на колекторі UКЕ~ = ІК~·R3 (див. рис.1.1). Емітерний резистор R4 із кола змінного струму виключений, оскільки шунтується малим опором конденсатора СЗ.
Розрахуємо коефіцієнт підсилення напруги К каскаду. Напруга вхідного сигналу Uвх від генератора ГС надходить через розділювальний конденсатор С1 на базу транзистора VT1 і викликає три струми. Два з них, що проходять через резистори R1 і R2 дільника, несуттєві, а третій, ІБ~, проходить у колі бази транзистора й керує його струмами. Вхідним опором каскаду для генератора ГС, що має внутрішній опір Ri, є паралельно включені резистори базового подільника R1 || R2 і вхідний опір транзистора, тобто
(1.3)
Часто опори резисторів R1 і R2 значно більше вхідного опору транзистора, тому формулу (1.3) можна спростити:
(1.4)
Коло генератора вхідного сигналу ГС, яким може бути каскад попереднього підсилення, аналогічний розглянутому, у загальному випадку являє собою послідовно включені внутріш ній опір Rі генератора і вхідний опір каскаду.
Відповідно до формули (1.4),
оскільки змінними струмами, що проходять через резистори R1 і R2 від генератора ГС через їхню малу величину можна знехтувати. Звідси, змінна складова струму колектора
а напруга на колекторі, що представляє собою вихідна напругу,
.
Тоді коефіцієнт підсилення напруги
Цей параметр підсилювача залежить від частоти й амплітуди сигналу, що підсилюється. Це пояснюється тим, що зі зниженням частоти спад напруги на конденсаторах С1 і С2 під дією вхідного і вихідного струмів каскаду збільшуються і являють собою втрати напруги сигналу, а конденсатор СЗ усе менше шунтує резистор R4, що збільшує повний опір емітерного кола транзистора і глибину від’ємного зворотнього зв'язку по змінному струмові, а отже, зменшує коефіцієнт підсилення напруги К.
При підвищенні частоти сигналу необхідно враховувати вплив вхідної і вихідної ємностей транзистора, які шунтують вхідний і вихідний опори каскаду, що проявляється зменшенням корисного струму, що надходить на його вхід і в навантаження (на рис.1.1 одна з таких ємностей еквівалентно представлена конденсатором С4).
Для оцінки впливу частоти сигналу на коефіцієнт підсилення напруги використовують амплітудно-частотну характеристику (АЧХ) підсилювача (рис.1.3, а). Смугою пропускання П підсилювача називають інтервал частот Δf, у межах якого коефіцієнт підсилення знижується не більш ніж на 3 дБ (до рівня 0,707) відносно до його значення на середніх частотах КО (для ПЗЧ частота fср= 4001000 Гц).
Рис. 1.3
Рис. 1.4
Важлива також амплітудна характеристика (АХ) такого підсилювача, яка виражає залежність вихідного сигналу UВИХ від вхідного UВХ (рис.1.3, б). Оскільки ділянка 0-1 її лінійна, коефіцієнт підсилення до напруги Uвхмах зберігає стале значення. Починаючи з точки 1 ріст вихідного сигналу відстає від росту вхідного. Це пояснюється тим, що робоча точка транзистора під дією вхідного сигналу виходить за межі робочої ділянки БВ лінії навантаження (див. рис.1.2,а). При цьому різко зростають нелінійні спотворення.
Знаючи параметри транзистора в робочій точці, можна розрахувати опори резисторів R1 і R2 базового подільника. Струм Ід подільника повинний бути в 2-5 разів більше струму бази ІБ р. т. Такий дільник дозволяє утримати досить стабільним при зміні температури каскад при одночасному виконанні вимоги економічності.
На резисторі R2 подільника повинна знаходитись напруга
, (1.5)
звідки опір
, (1.6)
тоді
. (1.7)
Оскільки обрана робоча точка знаходиться посередині робочої ділянки БВ лінії наванта жен ня, це дозволяє подавати на вхід каскаду і знімати в його виходу максимальні сигнали. Часто робочу точку вибирають ближче до точки В. При цьому каскад споживає від дже ре ла значно меншу потужність і здатний підсилювати лише невеликі за амплітудою сигнали, оскільки вимога про неприпустимість зсуву робочої точки за межі робочої ділянки лінії навантаження залишається в силі. Саме так виконуються попередні каскади підсилення.
Контрольні запитання
Які вимоги до вибору робочої точки підсилювального каскаду?
Опишіть послідовність вибору робочої точки підсилювального каскаду.
Як визначається коефіцієнт підсилення напруги такого каскаду?
Що впливає на підсилення напруги підсилювального каскаду?
Опишіть роботу елементів схеми підсилювача низьких частот.
Яку роль відіграють конденсатори в роботі ПНЧ?
Що розуміють під смугою пропускання підсилювача?
Дайте характеристику АЧХ і АХ підсилювача.
Лабораторні дослідження
1. Намалювати табл. 1.1-1.3 для запису режимів транзистора по постійному струмі і результатів, отриманих при знятті його амплітудно-частотної й амплітудної характеристик, а також координатні осі (рис.1.4, а, б) для їхньої побудови (масштаб по осях: вх - у 1 см 40 mВ; вих - у 1 см 0,5 В).
Таблиця 1.1
Параметр транзистора в робочій точці
Розрахований
Виміряний
Після корекції
, мА
, В
, мА
Таблиця 1.2
Частота, кГц
0,02
0,05
0,1
0,2
0,5
5
20
50
100
Варіант 1
Вихідна напруга Uвих
Вхідна напруга Uвх
Коефіцієнт підсиленняU
Варіант 2
Вихідна напруга Uвих
Вхідна напруга Uвх
Коефіцієнт підсиленняU
Варіант 3
Вихідна напруга Uвих
Вхідна напруга Uвх
Коефіцієнт підсиленняU
Таблиця 1.3
Вхідна напруга
, мВ
50
100
200
300
400
450
500
Вихідна напруга
UВИХ, мВ
вар.1
вар.2
2. Замалювати електричну схему досліджуваного підсилювача (див. рис.1.1) і зібрати її, користуючись графічними позначеннями на змінній панелі.
3. Використовуючи формули (1.5), (1.6) і (1.7), розрахувати опори резисторів базового подільника й установити їх у схему.
4. Виміряти параметри режиму транзистора по постійному струмові і занести результати вимірів, а також розрахункові параметри в табл.1.1. Зробити корекцію режиму по постійному струмі і занести результати в табл.1.1.
5. Зняти АЧХ і АХ підсилювача, заносячи результати вимірів відповідно в табл.1.2 і 1.3, і побудувати їх у координатних осях (рис.1.4, а, б).
МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ
1. При виконанні роботи використовують: R3= 1 кОм; R4 = 200 Ом; R5 = 2 кОм; С2 = 100 мкФ; VT1 - транзистор КТ361А; опори резисторів R1 і R2 розраховують за формулами (6) і (7), а ємність конденсаторів С1, СЗ і С4 задають у трьох варіантах:
С1=0,1 мкФ, С3=10 мкФ, С4 = 0,01 мкФ;
С1 = 10 мкФ; С3=0,1 мкФ, С4=0,1 мкФ;
С1 = СЗ = 10 мкФ, С4= 0,01 мкФ.
2. Після розрахунку опорів резисторів R1 і R2 встановлюють у схему резистори з комп лек ту знімних елементів стенда. Опори цих резисторів повинні бути трохи більше (або менше) розрахованих. Як коригувальний використовують змінний резистор R1 = 22 кОм.
3. Для розрахунку режиму базового кола варто прийняти ЕК = 10 В, а напруга на колекторі транзистора установити 5В. Виміри виконують АВ2 (на межах “10В”, “5В”, “1 В” і “0,5В”). Струм бази визначають за вхідною характеристикою транзистора, знятою в роботі “ДОСЛІДЖЕННЯ БІПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА, ВКЛЮЧЕНОГО З СПІЛЬНИМ ЕМІТЕ РОМ”, а струм колектора розраховують за формулою
4. За джерело вхідного сигналу використовують ГС стенда, вихідна напруга якого вимірюють ИВ (межа виміру 1 В діючого значення). Частоту вихідного сигналу вимірюють ЧМ стенда, для чого перемикач ИВ встановлюють у положення “ЧМ”, а тумблер “ЧМ-ГС” - у положення “ГС”. Вихідна напруга підсилювача вимірюють осцилографом, а при напругах, менших 1 В, - мілівольтметром MB стенда. Джерело живлення схеми - ГН2 стенда.
5. Знімають дві АХ на частоті 1000 Гц для схеми варіанта 3 (див. табл. 2). При знятті другої АХ опір резистора R1 варто збільшити вдвічі.
Комп’ютерне моделювання
На основі рис.1.1 створити моделі електричної схеми низькочастотного підсилювача в програмних симуляторах Electronics Workbench (EWB) і Micro-Cap (MC);
Встановити номінали елементів схеми згідно методичних вказівок для наведених трьох варіантів набору конденсаторів. Вибрати європейський аналог транзистора;
В програному пакеті EWB визначити параметри схеми (табл.1.3, табл.1.4). Побудувати амплітудно-частотну й амплітудну характеристику підсилювача;
За показами віртуальних приладів зняти амплітудно-частотну й амплітудну характеристику підсилювача та порівняти з результатами побудови п.3. Визначити коефіцієнти підсилення і смугу пропускання підсилювача;
В програному пакеті МС визначити параметри застосованого біполярного транзистора, порівняти амплітуду та фазу вхідного та вихідного сигналу та дослідити частотні спотворення підсилювача. На сім’ї статичних характеристик (з проведення навантажувальної прямої) визначити параметри робочої точки.
Провести аналіз впливу зміни параметрів окремих елементів робочої схеми на її роботу в цілому.
Вказівки до оформлення звіту
Після ретельного ознайомлення з теоретичними відомостями студент самостійно формує мету та технічне завдання виконання роботи.
За результатами проведених досліджень студент проводить їх аналіз на відповідність теорії та практики роботи електронної схеми.
Висновок по роботі дає вичерпну оцінку здобутих спостережень, закономірності і застереження, оцінку похибок вимірювань і конкретні зауваження.
Література
Колонтаєвський Ю.П., Сосков А.Г. «Електроніка і мікросхемотехніка» К. «Каравела», 2007.
В.И.Яцишин, С.С.Бурдукова «Полупроводниковые приборы и интегральные микросхемы» М.В.Школа,1987.
Скаржепа В.А., Луценко А.Н. Электроника и микросхемотехника. ч.1. Учебн. пособие. – К. В.Школа, 1989.
Руденко В.С.,Сенько В.И.,Трифонюк В.В. Основы промышленной електроники. –К.:Высш.шк.,1985.
А.К.Криштафович, В.В.Трифоняк « Основы промышленной електроники» М.В.Школа, 1985.
Ю.Ф.Колонтаевський «Радиоелектроника» М.В.Школа 1988.
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора