Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
ДОСЛІДЖЕННЯ ЕЛЕМЕНТАРНИХ ПІДСИЛЮВАЛЬНИХ КАСКАДІВ
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Не вказано
Кафедра:
Кафедра автоматизованих систем управління
Інформація про роботу
Рік:
2011
Тип роботи:
Лабораторна робота
Предмет:
ЕВПТ
Група:
ВП
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ "ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА"
Інститут комп’ютерних наук і інформаційних технологій
Кафедра автоматизованих систем управління
ДОСЛІДЖЕННЯ ЕЛЕМЕНТАРНИХ ПІДСИЛЮВАЛЬНИХ КАСКАДІВ
НА БІПОЛЯРНИХ ТРАНЗИСТОРАХ. ТПК із загальним емітером.
Лабораторна робота № 5
з дисципліни
"Елементи і вузли поліграфічної техніки"
ДОСЛІДЖЕННЯ ЕЛЕМЕНТАРНИХ ПІДСИЛЮВАЛЬНИХ КАСКАДІВ
НА БІПОЛЯРНИХ ТРАНЗИСТОРАХ. ТПК із загальним емітером.
Мета роботи - вивчення принципів роботи і розрахунку елементарних транзисторних підсилювальних каскадів (ТПК), реалізація їх на дискретних елементах та набуття досвіду наладки і досліджень ТПК в реальних умовах.
1. Властивості підсилювальних каскадів на транзисторах
Кожна проста чи складна радіоелектронна система містить у своєму складі окремі підсилювальні каскади або цілі багато каскадні підсилювальні пристрої. Призначення підсилювача - підвищення потужності вхідного сигналу до номінального значення, яке забезпечує нормальне функціонування вузла, пристрою чи електронної системи.
Частотний діапазон роботи підсилювачів на сьогоднішній день не обмежений. Можна підсилювати сигнали, які змінюються з частотою меншою, ніж 1Гц (підсилювач постійного струму), і сигнали, які мають частоту оптичного діапазону (1 мазер=1·10+15 Гц). Така різносторонність і багатофункціональність визначили і різновидність конструктивного виконання пристроїв підсилювальної техніки, що отримало і отримує значні зміни: від навісного монтажу, який містить 3-5 деталей в 1см3 до модульної і друкованої схеми, яка містить до 30 деталей в 1см3 станом на 1990 рік і на сьогоднішній рік – на порядок більше . Далі стали використовувати інтегральні мікросхеми, які дозволяють отримати в одному технологічному процесі сотні і тисячі елементів. Маленька пластинка із кристалічного матеріалу розміром до1 мм2 перетворюється в електронний прилад, який еквівалентний складному радіотехнічному блоку .
Підсилювач - це такий пристрій, який дозволяє слабим електричним сигналом керувати непорівняно великою потужністю місцевого джерела електроенергії.
Найдавнішим механічним аналогом електронного підсилювача є гребля електростанції з водяним затвором. Невелике механічне зусилля регулює ступінь відкриття цього затвору і цим самим змінює потужність потоку води, який прямує з водосховища на крильчатку турбіни. Роль місцевого потужного джерела електроенергії в цьому прикладі виконує вода водосховища, яке розміщене на більш високому рівні, ніж рівень скидання води. При скиданні води здійснюється механічна робота - обертання турбіни.
В електронних підсилювачах роль затвору (регулятора) величини струму джерела живлення виконує підсилювальний прилад - переважно транзистор. На мал.1 - приведені умовні графічні позначення біполярних транзисторів ( верхній ряд – n-p-n тип, нижній ряд – p-n-p тип ).
Мал.1. Умовні графічні позначення біполярних транзисторів
Відмінність в маркуванні транзисторів і діодів полягає в тому, що другий елемент містить букву Т в біполярних і П - у польових транзисторах. Перший елемент позначення (цифра або буква ) вказує на вихідний матеріал напівпровідника: 1 або Г – германій, 2 або К – кремній. В третьому елементі їх позначення (тризначний або чотиризначний номер ) відображені класифікаційні ознаки транзисторів за потужністю та частотним діапазоном. Четвертий елемент позначення (буква) вказує на різновидність транзистора даного типу. Наприклад, ГТ905А - германієвий біполярний потужний високочастотний транзистор, різновидність типу А.
Залежно від технології виготовлення розрізняють сплавні, вирощені, дифузійні, епітаксійні та планарні транзистори. Для виготовлення дискретних (окремих) транзисторів переважно застосовується епітаксійно-планарна та мезапланарна технологія, а для виготовлення транзисторів інтегральних мікросхем – епітаксійно-планетарна технологія.
Транзистор – це активний напівпровідниковий прилад з (р-n) переходами, який забезпечує підсилення електричних сигналів. Це підсилення відбувається за рахунок споживання енергії зовнішнього джерела живлення. Змінюючи струм у вихідному колі по визначеному закону, можна отримати підсилений сигнал на виході тієї ж форми.
В електричне коло транзистор включають таким чином, що один з його виводів (електродів) є вихідним, другий - вхідним, а третій - загальним для вхідного і вихідного кола. В залежності від того, який електрод є загальним, розрізняють три схеми включення транзисторів: із загальним емітером (ЗЕ), із загальною базою (ЗБ), і з загальним колектором (ЗК). Ці схеми для біполярного транзистора типу n-p-n приведені на мал.2. Для транзистора p-n-p в схемах включення змінюються лише полярності напруг і напрямки струмів ( див. малюнок додатоку).
Слід пам’ятати, що в підсилювальному режимі роботи транзистора його емітерний перехід зміщений в прямому, а колекторний - у зворотному напрямку, незалежно від схеми включення.
2. ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ
1. Підготовка до роботи
Використовуючи приклад розрахунку елементів та параметрів ТПК із загальним емітером ( див. Додаток до методичних вказівок), розрахували елементи та параметри ТПК згідно з варіантом завдання.
ВАРIАНТИ ЗАВДАНЬ
N варіанту
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Максимальна амплітуда вихідної напруги UВИХm max, В
6.5
6
5.5
5
4.5
6.5
6
5.5
5
4.5
Номінальний колекторний струм IКном, мА
7
6.5
6
5.5
5
5
5.5
6
6.5
7
Робоча частота підсилювача fр , кГц
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
Послідовний зворотній зв’язок за напругою, %
20
20
20
20
20
20
20
20
20
20
Тип транзистора
n-p-n
p-n-p
n-p-n
p-n-p
n-p-n
p-n-p
n-p-n
p-n-p
n-p-n
p-n-p
Задані ( варіант №17 ) такі параметри ТПК із загальним емітером ( ЗЕ ):
- максимальна амплітуда вихідної напруги UВИХm max = 6 В;
- номінальний колекторний струм IКном = 5.5 • 10 -3 А ( IКном = IКр );
- послідовний зворотній зв’язок за напругою - 20% ( RЕ =0.20 • RК )
- робоча частота вхідного сигналу fр = 1 кГц.
- тип транзистора – n-p-n.
На рис. 1 приведена схема ТПК з ЗЕ, на якій вказані розраховані значення елементів, а на осцилограмі приведені результати дослідження (UВИХm max = 6В при UВХm max = 0.15В, UКр = 10,15В ).
Розрахунок:
а) напруга джерела живлення EК:
EК >= 2 • UВИХm max + UБр >= 2 • 6 + 3, приймаємо EК = 16 В,
де UБр = UЕр + UБер , а UЕр = 0.20 • UКр - за величиною зворотнього зв’язку;
б) напруга UКр в робочій точці Р на виході ТПК:
UКр <= EК - UВИХm max <= 16 - 6 = 10 В;
в) величина колекторного опору RК:
RК = ( EК - UКр ) / IКном = ( 16 - 10 ) / 7 • 10-3 = 1.09 • 103 Ом;
г) величина емітерного опору RЕ:
RЕ = 0.20 • RК = 218 Ом / за умовою /;
д) максимальний колекторний струм IКmax : (транз. Відкр. повністю)
IКmax = EК / ( RК + RЕ ) = 16 / (1.09 • 103 + 218 ) = 12.2• 10-3 А
е) транзистор вибираємо за максимальними значеннями колекторних струму і напруги та швидкодією:
UКдоп >= 1.5 • UКмах , IКдоп >= 1.5 • IКмах , fдоп >= 1.5 • fмах,
де UКмах = EК = 16 В, IКмах =12.2 • 10-3 А ,
fмах = 1.5 • fр = 1.5 • 103 Гц (за умовою).
Для вказаних значень параметрів вибираємо транзистор КТ 315Г ( аналог BC107 ), що має такі основні паспортні дані:
UКдоп = 50 В, IКдоп = 200 • 10-3 А, fдоп = 60 • 103 Гц, тип транзистора - p-n-p, коефіцієнт = 40 - 120;
є) оскільки транзистор (n-p-n) типу, то EК вимагає знаку "+", а загальна шина ┴ - "-" ;
ж) значення базового струму IБр для забезпечення робочої точки знаходимо за параметрами транзистора:
IБр = IКр / = 5.5 • 10-3 / 55 =0.1 • 10-3 А;
з) значення струму дільника Iділ:
Iділ = ( 5 - 10 ) • IБр = 1 • 10-3 А;-
и) знаходимо значення базових опорів RБ1 і RБ2 для забезпечення напруги UБр в робочій точці Р на вході ТПК:
UБр = UБЕр + UЕр = UБЕр + IКр • RЕ = 0.5 + 7 • 10-3 250 = 2.25 В
і відповідно RБ1= (ЕК - UБр ) / Iділ = (17 - 2.25) / 1 • 10-3 =
= 14.75 • 103 Ом і RБ2 = UБр / Iділ = 2.25 / 1 • 10-3 = 2.25 • 103 Ом;
і) значення ємностей приймаємо CЕ = 100 мкФ ( враховуючи, що ХСЕ « RЕ ), а значення ємностей роздільних конденсаторів приймаємо C1 = C2 ≥ 1 мФ .
2. Проведення експериментальних досліджень
2.1. Підготувати до роботи ПК, провестии реєстрацію в системі, забезпечити роботу з програмою Electronics Work Bench.
2.2. Забезпечити комутацію на набірному полі досліджувальної схеми.
2.3. Встановити на джерелі живлення розраховану напругу ЕК і підімкнути її до схеми ТПК
2.4. Дослідити статичний режим роботи ТПК:
а) виміряти напруги статичного режиму на виводах транзистора UKр , UEр , UБр , UБЕр (сигнал від джерела змінної напруги відсутній). Порівняти виміряні значення з розрахованими за п.1.1;
б) якщо наявна певна розбіжність виміряних за п.2.4 значень з розрахованими, то необхідно здійснити корекцію робочої точки Р (статична напруга на колекторі UKр ТПК із загальним емітером і ТПК із загальною базою) шляхом відповідної зміни значення одного з резисторів базового подільника – RБ2. Повторити вимірювання за п.2.4.а.
UKр = 9.5 В , UEр= 1.66 В , UБр = 1.01 В , UБЕр= 0.65 В
2.5. Зняти амплітудну характеристику ТПК.
Для цього сигнал від джерела змінної напруги (генератора низькочастотних синусоїдних коливань) частотою 1кГц подали на вхід ТПК. Поступово збільшуючи амплітудне значення сигналу генератора від нуля до значення, при якому наступає на виході ТПК спотворення форми підсиленого сигналу, - зняти залежність UВИХm = f(UВХm).
Дані занести в таблицю:
UВИХm, В
0.5
1
2
3
4
5
UВИХm max = 6
UВХm, В
0.0167
0.033
0.067
0.1
0.13
0.167
UВХm max = 0.20
Вимірювання напруг вхідного і вихідного сигналу ТПК здійснити осцилографом.
Рис. 2.
На рисунку 2 приведена схема ТПК з ЗЕ, на якій вказані розраховані значення елементів, а результати дослідження - на осцилограмі (UВИХm max = 6 В при UВХm max = 0.2 В), покази мультиметра UКр = 10.15 В ( режим вимірювання постійної напруги).
2.6. Визначили коефіцієнт передачі напруги КПu для середини лінійної ділянки амплітудної характеристики ТПК ( UВИХmсер , UВХmсер):
КПu=UВИХmсер / UВХmсер = 3 /0.05= 60. / 1 /
2.7. Визначити вхідний опір RВХ та коефіцієнт передачі струму КПi ТПК.
Для цього подати сигнал від джерела змінної напруги достатньої амплітуди /середина лінійної ділянки амплітудної характеристики/ на вхід ТПК через відомий опір резистора RС
а) вхідний опір RВХ : RВХ =UВХm / IВХm , = 0.05/ 21.31•10-6 *1.41 = 3.308• 103 Ом;
де IВХ = 21.31•10-6 А - діюче значення струму - покази міліамперметра, включеного послідовно з джерелом вхідного сигналу до входу ТПК (мультиметр в режимі амперметра змінного струму), і відповідно у формулі амплітудне значення струму IВХm =IВХ * 1.41= 21.31•10-6 А,
або IВХm визначаємо за законом Ома IВХm = ( U1m - UВХm ) / RС ,
де U1m і UВХm відповідно амплітудні значення напруг на виводах резистора RС, використовуючи мультиметр в режимі вольтметра змінного струму;
IВИХm = UВИХm / RН = 3 / 1 • 103 =3 •10-3 А, де при відсутності навантаження в якості RН беруть RК ;
КПi = IВИХm / IВХm = 3 •10-3 / 32.84•10-6 = 91, ( для схеми ТПК з СЕ коефіцієнт передачі струму КПi – це ß).
25.12.2013 03:12-
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора