Проверка характеристики однокаскадного усилителя на основе биполярного транзистора

ПРОВЕРКА ХАРАКТЕРИСТИКИ ОДНОКАСКАДНОГО УСИЛИТЕЛЯ НА ОСНОВЕ БИПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА.
СОДЕРЖАНИЕ

Введение
1. Описание электрической схемы усилителя

2. Исходные данные для расчета усилителя
3. Расчет усилителя по постоянному току
Заключение
Список используемых источников

ВВЕДЕНИЕ

Целью курсового проекта по дисциплине "Общая электротехника и электроника" является приобретение самостоятельных навыков расчета современных усилителей на биполярных и полевых транзисторах.
Важной задачей при проектировании радиоэлектронных средств является усиление электрических сигналов по току, напряжению или мощности до требуемой величины и, следовательно, разработка теории усилителей и методика их расчета.
При расчете усилителей первоочередной задачей является проведение сравнительного анализа схемотехники усилителей аналогичного назначения. Кроме того, необходимо учитывать новейшие достижения усилительной техники и современной элементной базы.

Цель работы: экспериментально определить основные характеристики усилительных каскадов в биполярном транзисторе по схеме с общим эмиттером с температурной стабилизацией.

Оборудование и приборы: исследуемый транзистор, измерительный генератор низкой частоты ГЗ-112, источник напряжения постоянного тока, паяльник, повода монтажные, осциллограф С1-112А, осциллограф С1-68.
Теоритические сведения
Усилительным транзисторным каскадом принято называть транзистор с резисторами, конденсаторами и другими деталями, которые обеспечивают ему условия работы как усилителя.
Ход работы
Соберём схему.

Измерим ток коллектора: Ек=6,6 В.

Замеряем режим покоя между коллектором и эмиттером: Uпок=3,3 В.
Берём измерительный генератор, ставим частоту 10 кГц. На осциллографе С1-112А видим входной синусоидальный сигнал с амплитудой 1В. Постепенно начинаем увеличивать входное напряжение.

Uвых ,В	0	0,6	1,2	2	2,4	2,6	2,7	2,8
Uвх ,мВ	0	10	20	30	40	50	60	70

Дальше при увеличении входного сигнала выходной перестаёт расти. Увидели, что «перегиб» характеристики идёт с искажением сигнала.

Определим динамический диапазон

Динамический диапазон замечен с 2,4 B до 2,8 В.

Определим коэффициенты усиления по напряжению:

Кu= Uвых/ Uвх

Кu=25

Отключаем эмиттерную ёмкость. Замечаем, что усиление упало, и включилась обратная связь через Rэ (упало раз в 10).

Снимем амплитудно-частотную характеристику. Величина Uвх =1 В = const.
Увеличиваем частоту.

Uвых, В	1	1	1	0.95	0.9	0.85	0.8	0.75	0.65
f, кГц	10	20	50	80	100	120	150	200	300

Начнём уменьшать частоту

Uвх, В	1	0,95	0,8	0,7
f, кГц	6	4	2	1

Вывод: в ходе проведения лабораторной работы мы исследовали однокаскадный транзисторный усилитель. Мы определили динамический диапазон усилителя, коэффициент усиления по напряжению Кu .

усилительный каскад транзистор биполярный
Контрольные вопросы

1) На что влияет величина Rэ?

Резистор Rэ является элементом отрицательной обратной связи, предназначенным для стабилизации режима покоя каскада при изменении температуры.
2) Из каких соображений выбираются величины ёмкостей Ср1 и Ср2?
Ёмкости Ср1 и Ср2 выбирают такими, что на частоте переменной составляющей их сопротивлением можно было пренебречь.
3) Как влияет подключение нагрузки к выходу каскада?
Вообще-то усилитель рассчитывается на конкретную нагрузку. Однако если сравнивать с холостым ходом - коэффициент усиления снижается. Чем сопротивление нагрузки меньше - тем сильнее. Еще нагрузка может иметь реактивный характер, в этом случае выходной сигнал искажается, при определенных условиях усилитель может и возбудиться.
4) Какой величины должна быть ёмкость Сэ?
Величина Сэ должна быть большой, так как противоположное привело б к уменьшению коэффициентов усиления схемы.
Р
1. ОПИСАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМЫ УСИЛИТЕЛЯ

Схема усилительного каскада на биполярном транзисторе с ОЭ приведена на рисунке 1.

Усилительный каскад выполнен на биполярном транзисторе n-p-n-типа. На вход усилителя подключен источник входного сигнала Ec, который имеет внутреннее сопротивление Ri. Конденсаторы Cp1 и Cp2 предназначены для разделения режима работы усилителя по постоянному току, не пропускают постоянную составляющую переменного сигнала. Резисторы Rб1 и Rб2 составляют делитель напряжения на входе транзистора, формируют напряжение смещения, которое определяет положение рабочей точки транзистора на нагрузочной прямой на выходных характеристиках транзистора. Резистор Rк является нагрузочным в цепи коллектора по постоянному току, определяет выходное сопротивление усилительного каскада и коэффициент усиления по напряжению KU. С увеличением значения Rк (до определённого ограничения) коэффициент KU возрастает.



Рисунок 1 - Схема усилительного каскада с ОЭ

Для термостабилизации рабочей точки транзистора применяется последовательная отрицательная обратная связь по току, которая формируется через резистор Rэ. Конденсатор Cэ является шунтирующим, служит для увеличения коэффициента усиления каскада по переменной составляющей, а также для формирования частотной характеристики усилителя.

Усилительный каскад на рисунке 1 имеет параллельную структуру, является фазоинверсным, так как фаза выходного напряжения изменяется на угол π по отношению к входному напряжению. Усилитель с ОЭ усиливает входной сигнал по току, напряжению и мощности. Входное сопротивление каскада определяется сопротивлениями Rб1, Rб2 и входным сопротивлением транзистора h11. Выходное сопротивление каскада зависит от сопротивления коллектора
вых ≈ Rк ≈ 1/h22.

Коэффициент усиления по напряжению определяется зависимостью выходного напряжения от входного

=Uвых/ Uвх.

Ток коллектора рассчитывается на основе тока базы Iб и коэффициента передачи тока базы β

к= β Iб.

Частотные свойства усилителя зависят от частотных характеристик базового транзистора, выходного сопротивления источника сигнала и нагрузки.

Нелинейные искажения усилительного каскада определяются внутренним сопротивлением генератора на входе, сопротивлением нагрузки и уровнем амплитуды выходного сигнала.
Усилительные каскады на биполярных транзисторах находят наибольшее применение в предварительных усилительных каскадах, так как усиливают ток и напряжение, а следовательно, обеспечивается усиление сигнала по мощности.

. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА УСИЛИТЕЛЯ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
усилитель биполярный транзистор
В результате выполнения курсового проекта был произведен расчет и анализ усилительного каскада на биполярном транзисторе. По рассчитанным току коллектора, мощности транзистора, верхней рабочей частоте и напряжению были выбраны тип транзистора и определены статические входные и выходные характеристики, по которым определили h-параметры. Были определены номинальные значения сопротивлений и емкостей конденсаторов принципиальной электрической схемы усилительного каскада. По построенным схемам замещения были определены передаточные функции, на основе которых построены амплитудно-частотная и фазочастотная характеристики усилителя.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1 Опадчий, Ю.Ф. Аналоговая и цифровая электроника / О.П. Глудкин, А.И. Гуров. -М.: Радио и связь , 1996 . -768 с.

2 Ежков, Ю.А. Справочник по схемотехнике усилителей / Ю.А. Ежков. - 2- е изд. перераб. - М. : ИП РадиоСофт, 2002. - 272 с.
3 Манаев, Е.И. Основы радиоэлектроники. - М.: Радио и связь, 1990. -512с.
4 Баканов, Г.Ф. Основы конструирования и технологии радиоэлектронных средств : учебное пособие для студ. высш. учеб. заведений / Г.Ф. Баканов, С.С. Соколов, В.Ю. Суходольский ; под ред. И.Г. Мироненко. - М. : Издательский центр «Академия», 2007. - 368 с..
5 Вайсбурд, Ф.И. Электронные приборы и усилители / Ф.И. Вайсбурд, Г.А. Панаев, Б.Н. Савельев. -4-е изд., стер. - М. : КомКнига, 2007. - 480 с.
Селиванова, З.М. Общая электротехника и электроника: учебное пособие / З.М. Селиванова, Ю.Л. Муромцев. - Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2009. - 82 с.