Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Дослідження транзисторних підсилювальних каскадів
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Інші
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Не вказано
Кафедра:
Не вказано
Інформація про роботу
Рік:
2004
Тип роботи:
Лабораторна робота
Предмет:
Інформаційні технології
Група:
КН
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
Національний університет “Львівська політехніка”
Інститут комп’ютерних наук та інформаційних технологій
Звіт
Лабораторна робота №4
“Дослідження транзисторних підсилювальних каскадів”
МЕТА РОБОТИ: Експерементальне визначення амплітудної та амплітудно-частотної характеристики однокаскадного підсилювача на БП транзисторі та визначення по них коефіцієнта підсилення та коефіцієнта частотних перекручень.
ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТИНА
Біполярні транзистори (БТ) широко використовуються в радіоелектрон ній апаратурі для підсилення напруги, струму та відповідно потужності елек тричних сигналів. З фізичних основ роботи біполярних транзисторів відомо, що підсилення можна одержати при роботі транзистора в активному режимі.
Для забезпечення активного або, як ще його називають, підсилювального режиму роботи БТ на його електроди необхідно подати відповідне живлення, тобто відповідні постійні струми і напруги. Їх значення можна вибрати на основі вхідних та вихідних статичних вольт-амперних характеристик (ВАХ) БТ.
Розглянемо, як забезпечується підсилення електричних сигналів на прикла ді біполярниго транзистора типу npn із спільним емітером. Для цього підімкнемо між колектором і емітером транзистора джерело напруги ЕЖ через рези стор RK, як зображено на рис. 1.
Рис.1. Схема вмикання біполярного транзистора в простих підсилювачах
Полярність джерела ЕЖ встановимо такою, щоб колекторний перехід транзистора був зміщений в зворотному напрямі, тобто так, як це вимагається для активного режиму. Резистор RK вмикаємо в схему з метою обмеження ве личини максимального струму колекторного кола, а також для розділення ви ходу схеми і джерела живлення ЕЖ.
Значення постійного струму та постійної напруги колектора, які виник нуть внаслідок підмикання джерела еж, можна визначити на основі рівняння, записаного за другим законом Кіргофа для колекторного кола:
(1)
Струм колектора, який входить в дане рівняння, в загальному випадку е нелі нійною функцією від колекторної напруги і задається, як правило, графічно, тобто у вигляді вихідних статичних (ВАХ) транзистора (рис.2). Отже, розв’язування даного рівняння необхідно проводити графічно. Для цього рівняння (1) переписують як
(2)
і відкладають його ліву та праву частину у вигляді графіків. Ліва частина даного рівняння зображена на рис. 2б у вигляді вихідних статичних ВАХ БТ. Права частина рівняння (2) являє собою пряму, яку можна побудувати на вихідних ВАХ за двома точками, наприклад: (; ) та (; ). Дану пряму називають навантажувальною прямою.
Положення навантажувальної прямої на вихідних ВАХ БТ визначається опором резистора RK та напругою джерела ЕЖ, які потрібно вибирати так, щоб ця пряма проходила нижче від кривої, яка відповідає максимальній потужності транзистора Pmax, та не перевищувала максимально допустимих значень напруги і струму колектора UKE і IKmax. Виходячи з цього, опір резистора RK для транзисторів малої потужності повинен складати 0,2 ... 5,0 кОм, а для транзисторів середньої потужності – біля 100 Ом.
а) б)
Рис.2. Вхідні та вихідні статичні ВАХ БТ
Навантажувальна пряма перетинає вихідні статичні ВАХ БТ (рис. 2 б) в багатьох точках. Отже, для отримання розв’язку рівняння (2) потрібно задатись величиною постійного струму бази. Для його вибору побудуємо на основі точок перетину навантажувальної прямої і вихідних ВАХ БТ передавальну характеристику транзистора, тобто залежність . На цій характеристиці (рис. 3) можна виділити лінійну (АВ) та не лінійну (ВС) ділянки.
Для того, щоб отримати підсилення сигналу без спотворень, значення постіного струму бази () необхідно вибрати так, щоб воно лежало посередині лінійної ділянки АВ, наприклад, в точці D. Цій точці відповідатиме постійний струм колектора .
Відкладемо значення та на вхідних та на вихідних ВАХ БТ, зображених на рис. 2. В результаті отримаємо постійні значення напруги та , які необхідно подати на базу і на колектор, щоб ввести транзистор в активний режим роботи.
Рис.3. Передавальна характеристика біполярного транзистора зі спільним емітером
Точки на ВАХ, які відповідають вибраним постійним значенням струмів і напруг транзистора, називають робочими точками БТ.
В практичних схемах підсилювачів значення постійних струмів та напруг забезпечують за рахунок одного джерела напруги ЕЖ, як зображено на рис.4.
Рис.4. Схеми живлення вхідного та вихідного кіл транзистора в простих підсилювачах
В схемі рис.4а робочу точку транзистора забезпечують подачею на базу фіксованого струму, рівного , який отримують шляхом підмикання до джере ла напруги ЕЖ високоомного резистора RБ. Велечину опору цього резистора можна визначити як
(3)
В схмі рис.4б робочу точку транзистора забезпечують фіксованою напругою, рівною , яка одержується шляхом підмикання до джерела ЕЖ по дільника напруги (, ). Для визначення опорів цих резисторів задаються струмам подільника ІП, який на практиці вибирають в декілька (5...10) разів більшим від струму ІБО. Тоді:
; (4)
Для того, щоб не порушувався статичний режим даних схем, тобто, щоб не змінювались значення постійних струмів і напруг в схемах при підмиканні до їх входів джерел сигналів, а до виходів - навантажень, на вході і на виході схем вмикаюь так звані розділові конденсатори C1 і C2. Вони не пропускають постійний струм базового кола в джерело вхідного сигналу і постійний струм колекторного кола - в навантаження. При відсутності цих конденсаторів части на постійних струмів відгалуджуватиметься у вхідне джерело та в навантаження і робоча точка транзистора зміститься.
При поданні на вхід схеми рис.4а або рис.4б змінної (пульсуючої) напруги напруга на базі транзистора стане також пульсуючою і буде складатись з постійної складової та змінної складової :
(5)
Зміна базової напруги викличе в свою чергу пульсації базового струму:
(6)
та відповідні зміни колекторного струму і колекторної напруги:
(7)
(8)
Часові діаграми струмів і напруг транзистора для випадку, коли вхідна напруга є гармонічною, побудовані шляхом проекцій вхідної напруги на вхідну, передавальну та вихідну характеристики транзистора, зображені на рис. 5.
Якщо зміни вхідної напруги такі, що змінна складава базового стру му IБ(t) не виходить за межі лінійної ділянки передавальної характеристики (рис. 5б), то зміни колекторного струму і колекторної напруги будуть пропор ційні змінам базового струму і відповідно базової напруги, тобто повторювати муть їх без спотворень. При цьому їх амплітуди будуть значно більшими від амплітуд змінних складових базового струму і відповідно базової напруги, а вхідна і вихідна напруги будуть протифазними (рис. 5а і б ).
При великих амплітудах вхідної напруги змінна складова базового стру му може вийти за межі лінійної ділянки передавальної характеристики і ко лекторний струм та відповідно колекторна напруга стануть спотвореними.
Для оцінки допустимого діапазону змін амплітуди вхідної напруги, при якому підсилення відбуватиметься без спотворень, використовують амплітудну характеристику, тобто залежність амплітуди вихідної напруги від амплітуди вхід ної (рис.6). Лінійна ділянка цієї характеристики (відрізок ON) визначає динамічний діапазон змін амплітуди вхідної напруги, при якому вихідний сигнал
Рис. 5. Вибір робочої точки графо-аналітичним методом
Рис. 6. Амплітудна характеристика підсилювача
матиме лінійну залежність від вхідного, тобто буде передаватись через тран зистор без спотворень. На цій ділянці характеристики визначають коефіцієнт підсилення напруги підсилювача як відношення амплітуд вихідної та вхідної напруг, взятих в довільній точці цієї ділянки:
(9)
При підсиленні сигналів, частота яких змінюється в широких межах, на параметри підсилювальної схеми впливають частотні властивості транзистора, роздільчі ємності С1 і C2 та інш. В зв'зку з цим на практиці цікавляться частот ними залежностями параметрів пдсилювача. Зокрема, визначають залежність коефіцієнта підсилення напруги від частоти, яку називають частотною харак теристикою підсилювача. Її типовий вигляд зображений на рис.7.
Рис. 7. Частотна характеристика підсилювача
В області низьких частот на частотну характеристику в основному впливають розділові ємності С1 і C2. На середніх частотах, які вважають робочими частотами підсилювача, коефіцієнт підсилення напруги не змінюється. В облас ті високих частот на величину коефіцієнта підсилення напруги істотний плив має бар'єрна ємність колекторного переходу, опір резистора RК та опір наван таження RН, які зменшують .
Частоти fн і fв (рис.7), на яких коефіцієнт підсилення напруги зменшу ється в разів, називають границями смуги пропускання.
До інших параметрів підсилювачів відносяться: вхідний та вихідний опо ри, коефіцієнт підсилення струму, коефіцієнт підсилення потужності, коефі цієнт нелінійних спотворень та ін.
Орієнтовні значення параметрів простих підсилювачів в залежності від схеми вмикання транзистора подані в табл.1.
Таблиця 1. Орієнтовні значення параметрів простих підсилювачів в залеж ності від схеми вмикання транзистора
Схеми вмикання транзистора
КI
KU
KP
Rвх, Ом
Rвих, Ом
зі спільною базою
до 1
до 1000
до 1000
одиниці-
десятки
десятки тисяч
зі спільним емітером
10 ... 100
до 100
до 10000
сотні
сотні-
тисяч
зі спільним колектором
10 ...100
до 1
до 100
десятки тисяч
одиниці -
десятки
ЕКСПЕРЕМЕНТАЛЬНА ЧАСТИНА
f, Гц
20
30
50
100
200
300
500
1т
2т
lgf
1,3
1,48
1,7
2
2,3
2,48
2,7
3
3,3
3т
5т
10т
20т
30т
50т
100т
200т
3,48
3,7
4
4,3
4,48
4,7
5
5,3
Експерементальне визначення АЧХ підсилювача.
, В
0,305
0,365
0,460
0,541
0,593
0,615
0,618
0,613
0,607
0,603
0,600
0,594
0,589
0,589
0,581
0,511
0,374
Експерементальне визначення АХ (амплітудної характеристики) підсилювача.
, мВ
6
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
, мВ
0,394
0,632
1,148
1,598
2,000
2,288
2,571
2,803
3,038
3,260
3,485
АЧХ підсилювача.
; , - коефіцієнт підсилення перектручень
АХ підсилювача.
= 6 (мВ), = 40 (мВ),
(В) – коефіцієнт частотних перекручень.
ВИСНОВОК: У даній лабораторній роботі я експерементально визначив амплітудну та амплітудно-частотну характеристики однокаскадного підсилювача на БП транзисторі та визначив по них коефіцієнти підсилення та коефіцієнти частотних перекручень.
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора