Document 694608

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Московский технический университет связи и информатики
Волго-Вятский филиал
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА
«Электроника»
Исследование усилительного каскада
на биполярном транзисторе
для студентов по направлению «Телекоммуникации»
Нижний Новгород 2009
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА
Исследование усилительного каскада на биполярном транзисторе
Составитель Ю.М. Туляков.
Издание одобрено на заседании кафедры «___» _____________ 200__ г.
Протокол № ____
Цель работы: Измерение параметров простейшего усилительного
каскада на биполярном транзисторе при включении с общим эмиттером.
1. Подготовка к выполнению работы:
Изучить литературу [1]
В работе исследуется простейший усилительный каскад на биполярном
транзисторе при включении с общим эмиттером рис. 3.1.
+ЕК
RБ
RК
Вх
Б
СБ
Вых
К
Э
~ UГ
СК
RГ
RЭ
Рис. 3.1
Транзистор работает в активном режиме. Резисторы RБ и RK задают
режим работы по постоянному току. При этом с помощью RБ регулируется
величина постоянной составляющей тока базы
I Б 0 
E K  U БЭ 0 E K
,

RБ
RБ
(3.1)
а следовательно и тока коллектора
I K 0    I Б 0  I КЭО    I Б 0 .
(3.2)
Резистор RK предотвращает замыкание переменной составляющей тока
коллектора через источник питания. Желательно иметь RK>>RН.
Одновременно величина RK влияет на постоянную составляющую
напряжения на коллекторе, т.к.
U КЭ 0  E K  I K 0RK .
(3.3)
При известных EK и RK рабочая точка транзистора по постоянному току
может быть задана не двумя, а одним параметром, IБ(0) или IK(0)или UКЭ(0).
Для измерений удобнее использовать UКЭ(0).
Для того, чтобы источник сигнала uГ и нагрузка не влияли на режим
работы транзистора по постоянному току, включены разделительные UБЭ(0)
конденсаторы СБ и СК имеющие в рабочем диапазоне частот малые
сопротивления.
Для расчета основных параметров усилительного каскада могут быть
использованы формулы:
 R ВХ  r ' Б  h21Э rЭ

 K U   h21Э R НЭ
R ВХ ;

K  h
21Э
 1
 R ВЫХ  R K
где RНЭ 
(3.4)
RK RH
u
26 мВ
; rЭ  Т 
.
RK  RH
I Э 0 I K 0
При наличии резистора
отрицательную обратную связь,
в
RЭ
цепи
эмиттера,
создающего
 RВХ .ОС  h21Э RЭ

;
RНЭ

K

U
.
ОС

RЭ

(3.4)
2. Задание на выполнение лабораторной работы:
2.1. Задание режима работы транзистора по постоянному току.
2.1.1. Собрать схему рис. 3.2 (это часть схемы усилительного каскада
рис.3.1, определяющего рабочую точку транзистора).
+Е1
+Е2
RБ
RК
IК(0)
IБ(0)
UБЭ(0)
UКЭ(0)
Рис. 3.2
2.1.2 Задание
Установить:
Е2 =10В
RK =3,3к
RБ =10-56к
Подключить вольтметры для измерения постоянных напряжений U БЭ 0 ,
U КЭ 0 .
2.1.2. Изменяя величину Е1, выбрать рабочую точку транзистора так,
чтобы U КЭ 0 
Е2
 5В (*).
2
--------------------------------------------------------------------------------------(*) В реальных схемах выбирают Е1 = Е2 и подбирают величину RБ .
Измерить напряжение U БЭ 0 рассчитать постоянные составляющие
токов
Е1  U БЭ 0
RБ
Е  U КЭ 0
I К 0  2
RК
I Б 0 
базы
и коллектора
(3.6)
(3.7)
и статический коэффициент передачи тока базы

I K 0
I Б 0
(3.8)
Результаты измерений и расчетов занести в таблицу 3.1.
2.1.3. Повторить измерения и расчеты по п.2.1.2 для двух других
рабочих точек U КЭ 0 = 0,25E2 и U КЭ 0 = 0,75E2.
UКЭ(0), В
Е1
UБЭ(0), В
IБ(0), мА
IК(0), мА
β
2,5
5
7,5
Таблица 3.1.
Формула
3.6
3.7
3.8
2.2. Измерение основных параметров усилительного каскада.
2.2.1. Собрать схему рис. 3.3 (дополнить схему собранную в
предыдущем пункте).
2.2.2. Установить рабочую точку UКЭ(0) = 0,5Е2 (см. п. 2.1.2).
2.2.3. Перевести вольтметры в режим измерения переменных
напряжений. Подключить ко входу и выходу Схемы осциллограф. Подать от
генератора сигналов синусоидальное напряжение с частотой f=1000Гц и
амплитудой Uгm, такой величины чтобы получить на выходе переменное
напряжение с амплитудой Uвых.m = Uкэm =1–2B
+Е1
+Е2
RБ
СБ
CБ=СК=10,0мкФ
RH=1кОм
RК
Iвх.m
СК
RГ=10кОм
Iк.m
RH
Iвых.m
Uвх.m
RГ
~
Uвых.m
UГ(t)
Рис. 3.3
С помощью осциллографа убедиться в отсутствии искажений сигнала.
Убедиться, что усилительный каскад инвертирует фазу выходного
напряжения относительно входного. Измерить амплитуды переменных
напряжений на входе Uвх.m=Uбэm, на выходе Uвых.m=Uкэm и (переключив
вольтметр) на выходе генератора Uгm.
Результаты измерений занести в таблицу 3.2.
2.2.4. Рассчитать амплитуды переменных составляющих входного
I Бm  I вх.m 
U Гm  U БЭm U Гm
,

RГ
RГ
(3.9)
и выходного токов
I вых.m 
U КЭm
,
RH
(3.10)
а также переменной составляющей тока коллектора
I к .m 
U КЭm
.
RНЭ
(3.11)
Рассчитать измеренные значения коэффициентов
усиления по напряжению
KU 
U КЭm
,
U БЭm
(3.12)
KI 
I вых.m
,
I вх.m
(3.13)
Rвх 
U вх.m
,
I вх.m
(3.14)
по току
входного сопротивления
и дифференциального коэффициента передачи тока базы
h21Э 
I Km
.
I Бm
(3.15)
Результаты занести в таблицу 3.2.
2.2.5. Использовав измеренное значение для дифференциального
коэффициента передачи тока базы h21Э , рассчитать и занести в таблицу 3.2.
теоретические значения коэффициента усиления по напряжению (3.2) и
входного сопротивления (3.1). (Принять r’Б = 100 Ом).
UКЭ(0),
В
UГm
Uвх.m
Uвых.m
Iвх.m
Iвых.m
IК.m
КI
h21Э
Rвх, кОм
0,25 Е2
0,5 Е2
0,75 Е2
Таблица 3.2.
Формула
3.9
3.10
3.11
3.13
3.15
измер. 3.14
расч. 3.4
Измер. 3.12
расч. 3.2
КU
2.2.6. Повторить измерения и расчеты по пунктам 2.2.2-2.2.5 для двух
других рабочих точек UКЭ(0) = 0,25Е2
2.2.7. Построить график зависимостей (по трем точкам UКЭ(0) = 0,75 Е2),  и
h21Э  f I K 0
Построить теоретические и экспериментально измеренные зависимости
Rвх  f I K 0
KU  f I K 0
K I  f I K 0
Значения IK(0), соответствующие напряжениям UКЭ(0), взять из
таблицы 3.1
2.3. Анализ влияния внешней нагрузки на работу усилительного
каскада.
Пользуясь результатами измерений по п.п. 2.2.2-2.2.4 и формулами 3.2
и 3.4 рассчитать значения коэффициентов усиления по напряжению КU при
RH= 0,1; 1; 3,3; 4,7; 10 кОм. Построить график зависимости KU  f RH  .
+15В
Е1
–
3,3кОм
C1
Ген
НЧ
Rк
Rб
10кОм
1:100
Е3
–
+
VT
PV2
10мкФ
PV1
Rэ
Схема 1
+15В
–
+
Е1
–
3,3кОм
C1
C1
VT
+
Ген
НЧ
1:100
Rк
Rб
10кОм
Е3
PV2
10мкФ
PV1
100Ом
Rэ
Схема 2
C1
Rн
Рис.2. Схема соединения
+15В
–
+
Е1
–
3,3кОм
C1
Ген
НЧ
1:100
Rк
C1
Rб
10кОм
Е3
VT
PV2
1мкФ
PV1
Rэ
Схема 3
C1
C
Rн
+15В
–
1кОм
Е3
Rк
+
Е1
–
3,3кОм
Rб
10кОм
C1
Ген
НЧ
1:100
C1
Rк
VT
PV2
1мкФ
PV1
Схема 4
Rб=10 кОм, Rк=3,3 кОм, Rэ=100 Ом, Uвх=0,1 В (для схемы 1)
f,
0,04 0,06
кГц
Uвых,
В
0,1 0,2 0,4 0,7 1
2
4
7
10
20
40
70
100
Rб=10 кОм, Rк=3,3 кОм, Rэ=100 Ом, Cэ=1 мкФ Uвх=0,01 В (для схемы 2)
f,
0,04 0,06
кГц
Uвых,
В
0,1 0,2 0,4 0,7 1
2
4
7
10
20
40
70
100
Rб=10 кОм, Rк=3,3 кОм, Rэ=1 кОм, Cк=1 мкФ Uвх=0,01 В (для схемы 3)
f,
0,04 0,06 0,1 0,2 0,4 0,7 1
2
4
кГц
Uвых,
В
Rнагрузки = 100 Ом, 1 кОм, 3,3 кОм, 10 кОм
7
10
20
40
70
100
Rб=10 кОм, Rк=3,3 кОм, Rк=1 кОм, Cк=1 мкФ Uвх=0,01 В (для схемы 4)
f,
0,04 0,06
кГц
Uвых,
В
0,1 0,2 0,4 0,7 1
2
4
7
10
20
40
70
100
3. Содержание отчета (оформляется в соответствии с требованиями
приложения по работе с лабораторным стендом ВВФ МТУСИ):
1. схемы измерений;
2. таблицы и графики полученных результатов;
3. результаты расчетов.
Литература:
1.
Конспект лекций «Электроника и основы схемотехники». – ВВФ
МТУСИ, 2008.
Контрольные вопросы