Лабораторная работа №6 исследование усилителей на биполярных транзисторах

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1. Ознакомиться с основными типами и конструкцией усилителей на биполярных транзисторах. Исследовать влияние схемы включения транзистора на уси­лительные и частотные свойства усилителей.

2. Приобрести практические навыки измерения характеристик и основных параметров транзисторных усилителей с различными схемами включения, дифференци­альных параметров транзисторов, определения работоспособности транзисторов.

Задание на подготовку к проведению лабораторной работы

Повторить (по конспектам лекций, рекомендованной литературе) теоретический материал, соответствующий тематике лабораторной работы. Изучить материал раздела «Краткие теоретические сведения» настоящей работы.

Допуск к лабораторной работе проводится в виде письменной работы с ответами на контрольные вопросы (или в виде теста на ПЭВМ).

Изучить по данному руководству порядок выполнения работы и подготовить структуру отчета с указанием наименования работы, целей работы, пунктов экспериментальных исследований. В каждом пункте исследований привести схемы измерений, таблицы, координатные оси для построения графиков (масштабы выбирают­ся исполнителем), Оставить место для расчетов и выводов (некоторые из общих выводов можно написать в ходе подготовки к заня­тию).

Краткие теоретические сведения

При работе транзистора в режиме усиления в выходную цепь усилителя, наряду с источником питания, включают нагрузку (в простейшем случае нагрузкой является резистор R_Н, в реальных схемах нагрузкой является сопротивление входа следующего каскада), а во входную - источник усиливаемого сигнала. При этом транзистор может быть включен по схеме с ОБ, с ОЭ или с ОК.

Основными параметрами, характеризующими усилительные свойства каскада, являются коэффициенты усиления: по напряжению; по току; по мощности:

; ; .

Частотные свойства усилительных каскадов

С ростом частоты входного сигнала усилительные свойства транзи­стора (следовательно, и усилительного каскада) ухудшаются. Это проявляется в уменьшении усиления, падении выходной мощности и запаздывании выходного сигнала относительно входного. Параметры транзистора становятся зависимыми от частоты. Для количественной оценки частотных свойств транзистора введены следующие параметры:

- предельная частота передачи тока базы по схеме с ОЭ, это такая часто­та, на которой модуль коэффициента передачи тока базы уменьша­ется в раз относительно низкочастотного значения;

- предельная частота передачи тока эмиттера по схеме с ОБ, на которой модуль коэффициента передачи тока эмиттера уменьшается в раз относительно низкочастотного значения.

- граничная частота усиления тока базы по схеме с ОЭ, на которой

максимальная частота усиления по мощности: частота, на которой коэффициент усиления по мощности равен единице.

Из анализа частотных свойств транзисторов следует, что в схеме с ОЭ с ростом частоты усиление падает быстрее, чем в схеме с ОБ. Следовательно, схема ОЭ по частотным свойствам значительно уступает схеме с ОБ.

Частотные параметры усилителей можно определить экспериментально.

Сравнительная характеристика схем включения транзисторов

Включение транзисторов по схеме с ОЭ позволяет получить усиление как напряжения, так и тока. Коэффициент усиления по мощности при этом максимальный, однако, он сильно изменяется при изменении режима работы транзистора, температуры, замене экземпляра транзистора. Входное сопротивление каскада значительно выше, чем при включении по схеме с ОБ (для транзисторов малой мощности – до тысячи Ом). При увеличении сопротивления нагрузки (сопротивления последующего каскада) входное сопротивление уменьшается. Выходное сопротивление каскада по схеме с ОЭ меньше, чем по схеме с ОБ, и уменьшается при увеличении внутреннего сопротивления источника сигнала (выходного сопротивления предыдущего каскада). Коэффициент гармоник усилителя по схеме с ОЭ больше, чем при любых других включениях транзистора. Схема с ОЭ применяется особенно широко, так как имеет максимальный коэффициент усиления по мощности.

Включение транзисторов с ОБ позволяет достичь наибольшего входного сопротивления (до сотен кОм для маломощных транзисторов). Это сопротивление увеличивается при увеличении сопротивления нагрузки. Выходное сопротивление транзистора по схеме с ОБ наименьшее, чем по других схемах включения транзистора. Оно резко возрастает при увеличении внутреннего сопротивления источника сигнала. Коэффициент усиления напряжения при включения транзистора по схеме с ОБ меньше 1, коэффициент усиления тока больше, чем в схеме с ОЭ, и он сильно изменяется при изменении режима работы транзистора, температуры, замене экземпляра транзистора.

Включение транзисторов с ОК применяется в каскадах предварительного усиления, когда требуется большое входное сопротивление и малая входная емкость каскада.

Включение полевых транзисторов с ОИ позволяет достичь большего усиления мощности, чем при других схемах включения транзистора, и поэтому применяется чаще всего. Схема имеет большое входное сопротивление и сравнительно большую входную емкость, которая растет при увеличении коэффициента усиления.

Включение полевых транзисторов с ОС имеет наибольшее входное сопротивление и наименьшую входную емкость, которая полностью определяется емкостью сток-исток транзистора. Коэффициент усиления напряжения при включения транзистора по схеме с ОИ меньше 1.