close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Ziatdinov elektronnyj usilitel

код для вставкиСкачать
Министерство образования и науки российской федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего профессионального образования
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
АЭРОКОСМИЧЕСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ
ЭЛЕКТРОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ
Методические указания
к выполнению лабораторной работы
Санкт-Петербург
2011
Составитель С. И. Зиатдинов
Рецензент старший преподаватель Т. В. Семененко
Методические указания содержат описание лабораторной работы
по курсу «Электроника». Рассматриваются вопросы построения и исследования характеристик электронных усилителей.
Указания предназначены для студентов, обучающихся по специальности 230201 «Информационные системы и технологии».
Подготовлены кафедрой информационно-сетевых технологий и
рекомендованы к изданию редакционно-издательским советом СанктПетербургского государственного университета аэрокосмического
приборостроения.
Редактор А. В. Подчепаева
Компьютерная верстка Н. Н. Караваевой
Сдано в набор 09.11.11. Подписано к печати 28.11.11. Формат 60×84 1/16.
Бумага офсетная. Усл. печ. л. 0,6. Тираж 100 экз. Заказ № 575.
Редакционно-издательский центр ГУАП
190000, Санкт-Петербург, Б. Морская ул., 67
© Санкт-Петербургский государственный
университет аэрокосмического
приборостроения (ГУАП), 2011
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА
ИССЛЕДОВАНИЕ ОДНОКАСКАДНОГО ЭЛЕКТРОННОГО
УСИЛИТЕЛЯ НА БИПОЛЯРНОМ ТРАНЗИСТОРЕ
Цель работы: изучение и практическое исследование принципа
работы и характеристик электронных усилителей.
1. Описание принципиальной электрической схемы усилителя
Принципиальная электрическая схема однокаскадного электронного усилителя на биполярном транзисторе типа n-p-n изображена на рис. 1.
В рассматриваемой схеме усилительным элементом является
транзистор VT. Резисторы R Б1, R Б2 определяют начальный ток
покоя (рабочую точку) базы IБ= и, следовательно, коллектора IК=
&£
3š
3£
$
*š
*£
$
75
6›®
3š
*¶
6›´®
Рис. 1
3
в отсутствии входного сигнала. Резистор RК является нагрузкой
транзистора и осуществляет связь коллектора транзистора с источником электрической энергии EК. Конденсатор С1 не пропускает постоянное напряжение от источника входного сигнала на базу транзистора. Таким образом, он является разделительным элементом по
постоянной составляющей и элементом связи по переменной составляющей входного сигнала. Конденсатор С­­2 выполняет аналогичные
функции – не передает на выход усилителя большое постоянное напряжение с коллектора транзистора в нагрузку усилителя и, наоборот, обеспечивает связь транзистора с нагрузкой по переменной составляющей выходного сигнала.
Исходное состояние схемы. Пусть входной сигнал отсутствует
(UВХ = 0). С помощью базового делителя RБ1, RБ2 базо-эмиттерный
переход открыт, и через него течет ток покоя IБ=. Таким образом,
выбором значения сопротивления резисторов RБ1, RБ2 можно задать необходимый ток покоя IБ=. При этом через резистор RК течет
ток коллектора
IÊ= = βIÁ= (β >> 1)
и на резисторе RК падает напряжение
URÊ= = IÊ= RÊ .
(1)
Поскольку резистор RК и участок цепи эмиттер – коллектор
включены последовательно, то падение напряжения между коллектором и эмиттером будет
UÊÝ= = EÊ − URÊ= .
Используя соотношение (1) можно записать
UÊÝ= = EÊ − IÊ= RÊ .
Из данного выражения следует, что
E − UÊÝ=
IÊ= = Ê
.
RÊ
(2)
Вместе с тем
IÊ= = βIÁ= .
(3)
Соотношения (2) и (3) позволяют построить так называемую статическую линию нагрузки, которая определяет зависимость тока
4
*¢
*¢NBY
*š
*š
*¢
*š
*š
*š
*š
6£¶
& £
6 £¶
Рис. 2
коллектора IК= от напряжения UКЭ. Статическая линия нагрузки
строится на семействе выходных вольт-амперных характеристик
транзистора и изображена на рис. 2
Пересечение статической линии нагрузки с конкретной вольтамперной характеристикой, например, при токе базы IБЗ и определяет рабочую точку “0” усилительного каскада, которой соответствуют IК= и UКЭ= в режимах покоя. Обычно ток базы IБ= выбирают
таким, что UÊÝ= ≈ EÊ / 2.
Рабочее состояние схемы. Пусть на вход усилителя подается гармонический сигнал UВХ(t) = UmВХ sin ωt, где UmBХ – амплитуда сигнала, ω – его круговая частота (рис. 3,а).
Данное напряжение через конденсатор C1 поступает на базу
транзистора (рис. 3, б), где UБ= – постоянное смещение на базе транзистора, равное падению напряжения UБЭ между базой и эмиттером транзистора при протекании через базо-эмиттерный переход тока базы IБ=.
Под действием входного сигнала происходит изменение тока базы (рис. 3, в), что в свою очередь вызывает изменение тока коллектора (рис. 3, г) и напряжения между коллектором и эмиттером транзистора (рис. 3, д). Конденсатор C2 задерживает постоянную составляющую напряжения на коллекторе UКЭ= и передает на выход усилителя лишь переменную составляющую (рис. 3, е). Из представленных временных диаграмм видно, что рассматриваемая схема
5
6›®
6N›®
¸
U
6š
¹
6š
6£¶
U
¼
6z&
£
£¶
*š
º
*š
U
6›´®
6N ›´®
U
½
U
*¢
*¢
»
U
Рис. 3
не только усиливает входной сигнал, но и инвертирует его (осуществляет сдвиг фазы на 180°). При этом коэффициент усиления усилителя находится из соотношения
U
KÓ = mÂÛÕ .
UmÂÕ
где UmBЫХ – амплитуда выходного сигнала усилителя.
Процесс работы усилителя можно отразить на выходных
вольт-амперных характеристиках со статической линией нагрузки (рис. 4).
6
*£
*£ NBY
*šU
*£
*š
*š
*š
6£¶ 6›´® U
&£
6£¶
6 N›´®
U
Рис. 4
2. Порядок выполнения лабораторной работы
2.1. Исследование статической линии нагрузки
электронного усилителя
Под статической линией нагрузки усилительного каскада понимается зависимость тока коллектора транзистора IК= от напряжения между коллектором и эмиттером транзистора UКЭ= при разных
значениях тока базы IБ= , т.е. IК= = f (UКЭ=).
Для исследования статической линии нагрузки с помощью
MICROCAP собрать следующую схему (рис. 5).
При этом из библиотеки MICROCAP необходимо взять полупроводниковый транзистор типа КТ608А. Сопротивление резисторов
R2 и R3 принять равным 1 Ом, R1 = 100 кОм и RК = 50 Ом. Напряжение источника питания EК = 10 В. В процессе исследований, из7
IÊ
50
IÁ
R1
EÊ
VT
100 Ê
UÁÝ
1
R2
R3
1
Рис. 5
RÁ1
RÊ
50
EÊ
VT
RÁ2
Рис. 6
Eê =10Â
C1
Ãåíåðàòîð
ñèíóñîèäàëüíîãî
ñèãíàëà
R Á1
1 ê
VT 10 ìêÔ
10 ìêÔ
R Á2
Рис. 7
8
RÊ
C2
50
RÍ
CÍ
меняя напряжение UБЭ, произвести измерения тока базы IБ, тока
коллектора IК и напряжения на участке коллектор – эмиттер UКЭ.
Результаты измерений занести в табл. 1.
Таблица 1
EК = 10В
UБЭ, В
200
400
600
800
1000
1200
IБ, мА
IК, мА
UКЭ, В
Дальнейшие исследования характеристик усилителя будут производиться в линейном режиме его работы. Для этого необходимо
до подачи усиливаемого сигнала обеспечить такой ток коллектора
IК=, при котором напряжение на участке коллектор – эмиттер UКЭ=
равно половине напряжения источника питания EК (UКЭ = 5В). При
этом значение тока коллектора IК= определяет рабочую точку усилительного каскада.
Для определения рабочей точки собрать следующую схему, положив значения RБ1 = 1 кОм, RК = 50 Ом, EК = 10 В (рис. 6). Подбором сопротивления резистора RБ2 обеспечить значение напряжения UКЭ= = 5В.
2.2. Исследование амплитудно-частотных характеристик
усилителя
Амплитудно-частотная характеристика снимается при синусоидальном входном сигнале, имеющем частоту FВХ и амплитуду
UmВХ.
Под амплитудно-частотной характеристикой (АЧХ) усилителя
понимается зависимость амплитуды выходного сигнала UmВЫХ от
частоты входного сигнала FВХ при постоянной амплитуде входного
сигнала UmВХ = const, т.е. UmВЫХ = f(FВХ) при UmВХ = const. Для исследования амплитудно–частотных характеристик усилителя необходимо собрать следующую полную схему усилительного каскада
(рис. 7).
2.2.1. Из библиотеки MICROCAP необходимо взять генератор
синусоидального сигнала «sin 1 МГц». Далее, изменяя частоту колебаний генератора FВХ, произвести измерения амплитуды выход9
ного сигнала усилителя UmВЫХ при амплитуде сигнала генератора
UmВХ = 0,06 В и значениях сопротивления нагрузки RН = 500 Ом;
емкостях C1 = C2 = 10 мкФ.
Результаты измерений занести в табл. 2.
Таблица 2
RН = 500 Ом
FВХ, Гц
100
200
CН = 0
400
800
C1 = C2 = 10 мкФ
1600
3000
6000
12000
24000
UmВЫХ, В
Для одного значения частоты усиливаемого сигнала зарисовать временные реализации напряжения на выходе генератора сигнала, на базе
транзистора, на коллекторе транзистора и на нагрузке усилителя.
2.2.2. Провести исследования АЧХ усилителя при CН = 0,1 мкФ.
Данные исследований занести в табл. 3.
Таблица 3
RН = 500 Ом
FВХ, Гц
100
200
CН = 0,1мкФ
400
800
1600
C1 = C2 = 10 мкФ
3000
6000
12000
24000
UmВЫХ, В
2.2.3. Провести исследования АЧХ усилителя при CН = 0,2 мкФ.
Данные исследований занести в табл. 4.
Таблица 4
RН = 500 Ом
FВХ, Гц
100
200
CН = 0,2 мкФ
400
800
1600
C1 = C2 = 10 мкФ
3000
6000
12000
24000
UmВЫХ, В
2.2.4. Провести исследования АЧХ усилителя при CН = 0,1 мкФ,
C1=10 мкФ, C2=3 мкФ.
Данные исследований занести в табл. 5.
Таблица 5
RН = 500 Ом
FВХ, Гц
UmВЫХ, В
10
100
CН = 0,1 мкФ
200
400
800
C1= 10 мкФ C2= 3 мкФ
1600
3000
6000
12000
24000
3. Содержание отчета
1. Титульный лист.
2. Цель работы.
3. Электронные модели экспериментальной установки.
4. Таблицы с результатами практических исследований.
5. Статическая линия нагрузки усилителя.
6. Амплитудно-частотные характеристики усилителя.
7. Выводы с объяснением форм статической линии нагрузки и
амплитудно-частотных характеристик усилителя.
4. Контрольные вопросы
1. Назначение элементов схемы усилителя.
2. Принцип работы усилителя.
3. Объяснить временные реализации.
4. Объяснить амплитудно-частотные характеристики усилителя.
5. Влияние емкости нагрузки на амплитудно-частотную характеристику усилителя.
6. Влияние емкости разделительного конденсатора на амплитудно-частотную характеристику усилителя.
Библиографический список
1. Гусев В. Г., Гусев Ю. М. Электроника. М.: Высшая школа,1991.
2. Жеребцов И. П. Основы электроники. Л.: Энергоатомиздат,
1990.
3. Степаненко И. П. Основы теории транзисторов и транзисторных схем. М.: Энергия, 1997.
11
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
1
Размер файла
809 Кб
Теги
elektronnye, ziatdinov, usilitel
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа