практикум по Электронике и МПТ 2 курс

Табл. 2.4

Uвх

UСТ

где Uвх – входное переменное напряжение, подаваемое с генератора звуковых частот; UСТ – измеренная постоянная составляющая напряжения на стабилитроне.

Определить по графику границы изменения входного переменного напряжения Uвх , подаваемого с генератора звуковых

частот, при котором выходное напряжение стабилизировано, сделать вывод.

5.18. Определить коэффициент стабилизации напряжения

при постоянном сопротивлении нагрузки.

Коэффициент стабилизации напряжения KСН(при Rн const) при постоянном сопротивлении нагрузки определяется как

5.19. Сравнить схемы параметрического и электронного стабилизаторов по полученным результатам в ходе проведенных экспериментов, и сделать соответствующие выводы.

6. ТРЕБОВАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ ОТЧЕТА

Отчет должен содержать:

Титульный лист;

название и цель работы;

краткие теоретические сведения;

результаты выполнения пунктов 5.1 – 5.19 согласно

51

заданию (результаты измерений должны быть оформлены по пунктам, исходя из задания 5, с зарисованными графиками и выполненными необходимыми расчетами);

 выводы по полученным результатам в ходе выполнения лабораторной работы.

7. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

7.1. Для чего предназначены стабилизаторы напряжения?

7.2. Какие Вы знаете стабилизаторы напряжения?

7.3. Нарисуйте схему и поясните принцип работы параметрического стабилизатора напряжения?

7.4. Нарисуйте идеальную и реальную вольтамперную характеристику стабилитрона? И поясните их отличия?

7.5. Почему технические возможности параметрического стабилизатора ограничены?

7.6. Как работает компенсационный непрерывный стабилизатор? 7.7. Нарисовать структуру и пояснить по ней принцип работы компенсационного (непрерывного) стабилизатора напряжения с

последовательным включением регулирующего элемента?

7.8. Нарисовать структуру и пояснить по ней принцип работы компенсационного (непрерывного) стабилизатора напряжения с параллельным включением регулирующего элемента?

7.9. Что такое дифференциальное сопротивление стабилитрона, как его определяют?

7.10. Нарисуйте схему и поясните принцип работы электронного стабилизатора напряжения?

7.11. Почему в электронном стабилизаторе диапазон изменения сопротивления нагрузки больше, чем у простого параметрического?

52

7.17. Как рассчитать минимальное сопротивление нагрузки Rн ? 7.18 Как определить коэффициент сглаживания КСГ ?

7.19. Как рассчитать электронный стабилизатор напряжения?

7.20. Какие знаете коэффициенты стабилизации и как они находятся?

7.21. Как определить коэффициент стабилизации напряжения при постоянном сопротивлении нагрузки?

7.22. Как определить коэффициент стабилизации напряжения при постоянном входном напряжении?

7.23. Почему стабилизаторы уменьшают пульсации напряжения?

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Гусев В.Г. Электроника и микропроцессорная техника: Учеб. для вузов 3-е изд., перераб. и доп. / Гусев В.Г., Гусев Ю.М. - М: Высш. шк., 2006. - 790 с.: ил.

2. Гусев В.Г. Источники вторичного электропитания: Учебное пособие. Уфимск. Гос. Авиац. Техн. Ун-т. – Уфа 2000. – 119 с.

4.Хоровиц П. Искусство схемотехники: В 3-х томах: Т.1. Пер с англ. - 4-е изд. перераб. и доп. / П. Хоровиц, У. Хилл - М.: Мир,

1993. – 413 с.: ил.

5.А.Б. Гитцевич. Полупроводниковые приборы: Диоды

53

Лабораторная работа № 3

ИЗУЧЕНИЕ РАБОТЫ УСИЛИТЕЛЬНОГО КАСКАДА НА ТРАНЗИСТОРЕ

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Ознакомление со статическим режимом работы активных приборов усилительных каскадов, получение навыков расчета усилительных каскадов графо-аналитическим методом и пайки простейших схем усилительных каскадов..

2. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Усилители электрических сигналов могут выполняться как на основе операционных усилителей, так и на биполярных или полевых транзисторах, а также на электронных лампах, туннельных диодах и других приборах, имеющих на вольтамперной характеристике участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением. Независимо от типов активных электронных приборов, применяемых в усилителе электрического сигнала, принцип усиления остается единым и сводится к тому, что в цепи, в состав которой входит активный электронный прибор, устанавливаются определенные постоянные токи. Этот режим работы называют статическим (режим по постоянному току, режим покой). Он характеризуется постоянным падением напряжения на компонентах, входящих в состав усилительного каскада.

При подаче сигнала переменного тока на управляющие электроды активного прибора ток в цепях начинает изменяться в соответствии с приложенным сигналом. Этот переменный ток создает переменное падение напряжения на компонентах, входящих в состав усилительного каскада. Значение выходного сигнала обычно значительно больше входного сигнала. Когда рассматривают приращения токов или напряжений, вызванные входным сигналом, то говорят, что это режим работы по переменному току или режим малого сигнала.

Статический режим определяют в зависимости от значения входного сигнала, который необходимо усиливать.

В зависимости от постоянного тока и падения напряжения на

54

активном приборе усилительного каскада, а также от значения входного усиливаемого сигнала принято различать следующие режимы работы: А; В; С; D; промежуточные режимы, например АВ.

Режим А – это режим работы активного прибора, при котором ток в выходной цепи i протекает в течение всего периода входного сигнала.

Положение рабочей точки выбирают так, что амплитуда переменной составляющей выходного тока I m , появившегося вследствие воздействия входного сигнала (рис. 3.1, а), в режиме А не может превышать ток покоя Io (рис. 3.1, б). Ток через активный

элемент протекает в течение всего периода изменения входного сигнала.

Рис. 3.1. Изменение токов активного элемента в зависимости от входного сигнала: (а) - входной сигнал усилителя;

(б) - режим А; (в) - режим В и АВ; (г) - режим С

Преимуществом режима А является то, что при нем возникают малые нелинейные искажения. Однако КПД каскада P~ Po ,

P~ – выходная мощность; Po – полная мощность, потребляемая

каскадом) низкий – меньше 0,5. Режим А используют в каскадах предварительного усиления, а также в маломощных выходных каскадах.

55

Режим В – это режим работы активного прибора, при котором ток через него протекает в течение половины периода входного сигнала. Этот промежуток времени принято характеризовать углом отсечки . Угол отсечки выражается в угловых единицах (градусах или радианах). Численно он равен половине временного интервала, в течение которого через активный прибор протекает электрический

Из-за нелинейностей начальных участков характеристик активных приборов форма выходного тока (при малых его значениях) существенно отличается от формы тока, которая была бы, если бы активный прибор был линейным. Это вызывает значительные нелинейные искажения выходного сигнала.

Режим В обычно используют в двухтактных выходных каскадах, имеющих высокий КПД, однако в чистом виде его применяют сравнительно редко. Чаще в качестве рабочего режима выбирают промежуточный режим АВ.

В режиме АВ угол отсечки несколько больше 2 , и при отсутствии входного сигнала через активный элемент протекает ток, равный 5–15% максимального тока при заданном входном сигнале. Такой выбор статического режима позволяет уменьшить нелинейные искажения при использовании двухтактных выходных каскадов.

Режим С – это режим работы активного прибора, при котором ток через него протекает в течение промежутка времени, меньшего половины периода входного сигнала, т.е. при 2 (рис. 3.1, г). Ток покоя в режиме С равен нулю. Этот режим используют в мощных резонансных усилителях, где нагрузкой является резонансный контур.

Режим D (или ключевой) – это режим, при котором активный прибор находится только в двух состояниях: или полностью закрыт и его электрическое сопротивление велико, или полностью открыт и имеет малое электрическое сопротивление.

Для усиления электрического сигнала можно использовать транзистор, который можно включить по трем схемам включения. В зависимости от того, какой электрод транзистора является общим для входного и выходного сигналов, различают три схемы включения транзистора (рис. 3.2): с общей базой (ОБ); с общим эмиттером (ОЭ); с общим коллектором (ОК). Трем возможным схемам

56

включения транзисторов соответствуют три основных типа усилительных каскадов: с общим эмиттером; с общей базой; с общим коллектором (рис. 3.2).

Рис.3.2. Схемы включения транзистора: с общей базой (а);

собщим эмиттером (б); с общим коллектором (в)

Вэтих схемах источники постоянного напряжения (элемент питания) и резисторы обеспечивают режимы работы транзисторов по постоянному току, т.е. задают необходимые значения напряжений и начальных токов. Входные сигналы переменного тока создаются

источниками U вх . Они изменяют ток эмиттера транзистора, а

являются выходными сигналами U вых .

Вид входных и выходных вольтамперных характеристик транзистора зависит от схемы включения его в цепь. Так, для схемы включения с ОБ (рис. 3.2, а) статические характеристики имеют вид, показанный на рис. 3.3, для схемы с ОЭ (рис. 3.2, б) – на рис. 3.4.

На рис. 3.3, а видны две области: активный режим UкБ 0 , в котором коллекторный переход смещен в обратном направлении; режим насыщения UкБ 0 , в котором коллекторный переход смещен в прямом направлении.

57

необходимо при отсутствии входного сигнала установить определенные токи и напряжения на активном приборе (обеспечить требуемый режим). Ток и падение напряжения на активном приборе зависят от выбора рабочей точки на семействе его входных и выходных характеристик. Для их определения все усилительные каскады на одном активном приборе приводятся к эквивалентной схеме (рис. 3.5, а), состоящей из последовательно соединенных резисторов Rк , Rэ и активного нелинейного прибора, токи и

напряжения которого зависят от управляющего сигнала.

Рис. 3.5. Общая эквивалентная схема усилительных каскадов для режима большого сигнала (а); усилительный каскад с ОЭ (б); пример построения линии нагрузки (в)

Резистор Rк представляет собой эквивалентное активное сопротивление, через которое один из электродов электронного прибора (коллектор, сток, анод) подключен к источнику питания.

Резистор Rэ – эквивалентное сопротивление, через которое

второй электрод электронного прибора подключен к другому полюсу источника питания.

Определить ток и падение напряжения нелинейной цепи можно аналитическим (используется очень редко) и графоаналитическим методами. Последний широко распространен в электронике в связи с тем, что позволяет проводить расчеты с помощью экспериментально определенных характеристик электронного прибора.

59