Лабораторная работа № 2

Исследование параметров усилителя на биполярном транзисторе

1 Цель работы

Исследовать принцип работы усилителя на биполярном транзисторе для различных схем его включения и влияние параметров биполярного транзистора и элементов схемы на параметры усилителя.

2 Подготовка к работе

2.1 Изучить следующие вопросы курса 

2.1.1 Схемы включения БТ в усилителях (ОЭ, ОБ, ОК);

2.1.2 Параметры усилителя и их отличия в различных схемах включения БТ;

2.1.3 Влияние элементов схемы на параметры усилителя;

2.1.4 Способы температурной стабилизации параметров усилителя.

2.2 Ответить на следующие контрольные вопросы 

2.2.1 Перечислить и дать пояснение основным параметрам и характеристикам усилителя;

2.2.2 Привести схемы включения БТ в усилителях с ОЭ, ОБ и ОК, пояснить назначение элементов;

2.2.3 Как зависят параметры усилителя от параметров транзистора и нагрузки?

3 Литература

Игнатов А.Н., Калинин С.В., Савиных В.Л. Основы электроники, - СибГУТИ, Новосибирск, 2005, стр. 86-89.

Травин Г.А. Основы схемотехники устройств радиосвязи, радиовещания и телевидения. Новосибирск, СибГУТИ, 2001 г. Стр. 23- 63.

Алексенко А.Г., Шагурин Н.Н. Микросхемотехника, - М.: Высшая школа, 1991, стр. 378-381.

Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроника. -М. Высшая школа, 1991, стр. 215 - 225, 264 – 282.

Войшвилло Г.В. Усилительные устройства.-М.: Радио и связь, 1983, стр. 64-81.

Степаненко И.П. Основы микроэлектроники. - М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2001, с. .

Конспект лекций.

4 Задание на работу в лаборатории

4.1 В качестве активного элемента усилителя используется один из биполярных транзисторов структуры n-p-n, (тип транзистора выбирается по указанию преподавателя из приложения А).

4.2 Для определения расчетных параметров усилителя необходимо определить h-параметры транзистора. Затем сравниваются расчетные и экспериментальные данные.

Измерение h-параметров транзистора проводится по схеме, изображенной на рисунке 1.

Рисунок 1- Схема для измерения h-параметров

Измерение параметров осуществляется на переменном токе.

Входное сопротивление БТ равно

h_11Э =U_БЭ~ / I_Б~. (1)

U_БЭ~ измеряется на входе БТ вольтметром переменного тока, а входной ток I_Б~ устанавливается источником переменного тока.

Коэффициент передачи по току равен

h_21Э=I_К~ / I_Б~ (2)

Ток базы I _Б~ определен выше, а выходной ток коллектора I_К~ измеряется амперметром переменного тока в цепи коллектора.

4.3 Установить частоту генератора I_Б~ равной 1 кГц, а его ток равным нулю. Изменяя ток источника I_Б0 установить такой ток базы, чтобы постоянный ток коллектора транзистора составлял 7-8 мА. Переключить амперметр с измерения постоянного тока на переменный.

4.4 Увеличивая сигнал от генератора переменного тока I_Б~ установить ток коллектора равный примерно 1 мА. Затем приборами переменного тока измерить напряжения U_БЭ~ и I_К~, записать их в таблицу 1. Рассчитать параметры h_11Э и h_21Э по формулам (1) и (2). Результаты расчета занести в таблицу 1.

Таблица 1- Параметры транзистора

IБ~, мкА	UБЭ~, мВ	IК~, мА	h11Э, Ом	h21Э	h11Б, Ом	h21Б

4.5 Для исследования усилителя на транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером, предварительно рассчитать коэффициент усиления K_U, входное и выходное сопротивления R_ВХ и R_ВЫХ, записать в таблицу 2.

, , .

4.6 Исследовать усилитель на биполярном транзисторе с общим эмиттером. Собрать схему усилителя (рисунок 2). Конденсатор С2 и резистор R3 не подключать.

Рисунок 2 – Схема усилителя при включении БТ с ОЭ

Резистор R1* задает ток базы и предварительно рассчитывается перед исследованием схемы, R2 - нагрузка, R3 - дополнительная нагрузка, используется при определении R_ВЫХ. Конденсаторы С1 и С2 являются разделительными.

При измерении параметров усилителя на БТ коэффициент передачи усилителя по напряжению определяется как

, (3)

где U_{ВЫХ 1} напряжение на выходе усилителя без резистора R3.

Входное сопротивление усилителя определяется аналогично параметру h_11Э по формуле

. (4)

4.7 Рассчитать величину резистора R1 так чтобы постоянное напряжение на коллекторе транзистора составляло U_КЭ = 7-8 вольт.

. (5)

U_БЭ=0,7 В, (величина номинала резистора выбирается из ряда Е24, приложение Б). Установить напряжение генератора G~ равным нулю. Измерить U_КЭ и убедиться, что оно не выходит за выше приведенные пределы. Переключить вольтметр постоянного тока на режим переменного тока.

4.8 Установить напряжение генератора G~ такой величины, чтобы переменное напряжение на выходе усилителя составляло 1,5-2,5 В. Записать U_ВХ и U_{ВЫХ 1}. Определить К_{U ИЗМ} и R_{ВХ ИЗМ} по формулам (3) и (4), записать в таблицу 2 и сравнить с расчетными параметрами (п. 4.5).

4.9 Подключить С2 и R3. Измерить U_{ВЫХ 2} с нагрузкой (R_Н=R3) и по формуле , (6)

определить R_ВЫХ, результат занести в таблицу 2.

Таблица 2 – Параметры усилителя

Сх. вкл. БТ		Примеч	UВХ, мВ	UВЫХ1, В	UВЫХ 2, В	KU	RВХ , Ом	RВЫХ , Ом
ОЭ	Расч.	П 4.5	-	-	-
	Измер	П. 4.8, 4.9
ОБ	Расч.	П. 4.11	-	-	-
	Измер	П.4.13, 4.14

4.10 Исследовать соотношение фаз входного и выходного сигналов. Для этого отключить элементы С2, R3 и использовать осциллограф. Входы осциллографа подключить к точкам U_ВХ и U_ВЫХ усилителя. Зарисовать осциллограммы одна под другой. Обратить внимание на инверсию сигнала.

4.11 Исследовать усилитель при включении транзистора в схеме с общей базой.

Для этого предварительно рассчитать

и .

Результаты занести в таблицу 1.

Параметры усилителя определим по формулам

, R_{ВХ РАСЧ}  h_11Б, R_{ВЫХ РАСЧ}  R2.

Результаты занести в таблицу 2.

4.12 Собрать усилитель на транзисторе включенном по схеме с ОБ (рисунок 4).

Рисунок 4– Схема усилителя при включении БТ с ОБ

Резистор R1 задает ток транзистора, R2- нагрузка, R3- дополнительная нагрузка, служит для определения R_ВЫХ усилителя, С1 и С2 - разделительные конденсаторы.

Параметры усилителя определяются формулами (3), (4) и (6).

4.13 Установить напряжение генератора G~ таким образом, чтобы напряжение на выходе усилителя составляло 1-2 вольта. Измерить U_ВХ и U_ВЫХ1. Рассчитать К_{U ИЗМ} и R_{ВХ ИЗМ} по формулам (3) и (4), записать в таблицу 2 и сравнить с расчетными параметрами.

4.14 Измерить R_ВЫХ. Для этого подключить С2 и R3 , измерить U_{ВЫХ 2}. Рассчитать R_ВЫХ по формуле (5) (R_Н= R3).

4.15 Исследовать соотношение фаз входного и выходного сигналов. См. п. 4.10. Зарисовать осциллограммы одна под другой. Обратить внимание на синфазность входного и выходного сигналов.

4.16 Для исследования эмиттерного повторителя предварительно рассчитать его параметры.

4.17 Рассчитать K_U эмиттерного повторителя для двух случаев нагрузки

R_Н1=2 кОм и R_Н2=400 Ом по формуле

.

Результаты расчетов занести в таблицу 3.

Таблица 3 – Параметры эмиттерного повторителя

Сопрот. нагрузки	UВХ,	UВЫХ,	КU		RВХ (кОм)
	В	В	Расч.	Изм.	Расч.	Изм.
RН1= 2 кОм
RН2=0,4 кОм

4.18 Рассчитать R_ВХ эмиттерного повторителя для тех же двух случаев нагрузки по формуле

.

Результат записать в таблицу 3.

4.19 Рассчитать R_ВЫХ для двух случаев внутреннего сопротивления источника сигнала R_И1= 10 кОм и R_И2= 0,6 кОм по формуле

.

Результат записать в таблицу 4.

Таблица 4 – Выхолное сопротивление эмиттерного повторителя

Сопрот. источн.	UВЫХ 1, В	UВЫХ 2, В	RВЫХ (Ом)
			Расч.	Изм.
RИ1=0,6 кОм
RИ2=10 кОм

4.20 Собрать схему эмиттерного повторителя (рисунок 5), сопротивление источника сигнала R_И=600 Ом. (Резистор R2, показанный на схеме пунктиром, не подключать).

Резистор R1 задает ток транзистора, R2- дополнительная нагрузка, служит для определения R_ВЫХ усилителя Параметры K_U, R_ВХ и R_ВЫХ определяются по формулам (3), (4) и (5).

4.21 Установить U_G~=1 В и затем измерить U_{ВЫХ 1}. Определить К_U и R_ВХ по формулам (3) и (4). Результат вычислений занести в таблицу 3.

4.22 Подключить резистор R2. Сопротивление нагрузки R_Н2 при этом будет состоять из параллельно включенных резисторов R1 и R2 и равно 0,4 кОм. Затем измерить U_{ВЫХ 2} и определить К_U и R_ВХ по формулам (3) и (4). Результат вычислений занести в таблицу 3.

Рисунок 5– Схема усилителя при включении БТ с ОК

4.23 Определить R_ВЫХ (формула 5) для сопротивления источника равного 0,6 кОм. Данные U_{ВЫХ 1} и U_{ВЫХ 2} берутся из п.п. 4.21 и 4.22, R2=510 Ом).

4.24 Провести измерение R_ВЫХ эмиттерного повторителя для сопротивления источника равного R_И=10 кОм. Для этого провести измерение U_{ВЫХ 1} и U_{ВЫХ 2} при сопротивлениях нагрузки R_Н1 и R_Н2 соответственно. Определить R_ВЫХ по формуле (5) и результат занести в таблицу 4.

4.25 Исследовать соотношение фаз входного и выходного сигналов. См. п. 4.10. Обратить внимание на идентичность фаз сигналов.