WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 9 |

1. Какова цель и программа работы 2. Как на электрических схемах обозначаются биполярные транзисторы npn-типа 3. Как на электрических схемах обозначаются биполярные транзисторы pnp-типа 4. Как взаимосвязаны токи коллектора IK, эмиттера IЭ и базы IБ в биполярном транзисторе 5. Как связан ток коллектора IK с током базы IБ, если пренебречь обратным током коллекторного перехода 6. Что такое коэффициент передачи тока базы = h21э в схеме ОЭ 7. Что является основными носителями в полупроводнике n-типа, а что является неосновными носителями 8. Что является основными носителями в полупроводнике p-типа, а что является неосновными носителями 9. Как связан ток коллектора IK с током базы IБ и обратным током I0K коллектора базового перехода биполярного транзистора 10. Что называется входной вольтамперной характеристикой биполярного транзистора (в схеме ОЭ) 11. Что называется проходной характеристикой транзистора 12. Что представляет собой состояние отсечки транзистора 13. Что представляет собой состояние насыщения транзистора При защите лабораторной работы необходимо знать ответы на все вышеприведенные вопросы и, кроме того, необходимо знать ответы на следующие вопросы:

1. Почему для реализации усилителя переменного тока наряду с полезным сигналом необходимо подавать напряжение смещения 2. При каком напряжении между базой и эмиттером кремниевый npn-транзистор находится в открытом состоянии (примерно) 3. Как выбирается режим работы транзистора по постоянному току 4. При каких условиях транзистор работает в режиме класса А 5. При каких условиях транзистор работает в режиме класса В 6. При каких условиях транзистор работает в режиме класса АВ 7. От чего зависит коллекторный ток насыщения транзистора 8. Как влияет величина источника питания EП на проходную характеристику транзистора 9. Как влияет величина коллекторного сопротивления RK на коэффициент усиления транзистора Тема ЗАДАНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ УСИЛИТЕЛЬНЫХ КАСКАДОВ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА НА БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ Теоретические сведения Надлежащая работа усилительного каскада переменного тока на биполярном транзисторе возможна только при правильно выбранном режиме работы его транзистора по постоянному току.

Режим работы транзистора по постоянному току определяется парой величин – током покоя коллектора IoK и напряжением покоя коллектора UoK, т.е. напряжением между коллектором и эмиттером.

Ток и напряжение покоя не должны сильно изменяться при изменениях температуры окружающей среды, т.е. должна обеспечиваться термостабильность каскада.

На рис. 3.1-3.4 приведены четыре схемы усилительных каскадов переменного тока с общим эмиттером (ОЭ), в которых режим работы транзистора по постоянному току задан различными способами. Соответственно способу задания и получили название эти схемы:

• усилительный каскад с ОЭ и фиксированным потенциалом базы (рис. 3.1);

• усилительный каскад с ОЭ и фиксированным током базы (рис. 3.2);

• усилительный каскад с ОЭ и отрицательной обратной связью по напряжению (рис.3.3);

• усилительный каскад с ОЭ и отрицательной обратной связью по току (рис. 3.4).

+EП RК СRIoК СVTIoБ RН R( ) UН t UoК U ВХ( t ) UoБ Рис. 3.1. Усилительный каскад с ОЭ и фиксированным потенциалом базы.

Всем приведенным схемам свойственна одна общая закономерность – между базой и эмиттером их транзисторов имеется напряжение вида:

UБЭ(t) =UoБ +UВХ (t), (0.1) где UoБ - напряжение смещения (составляет 0,5…0,8 В, в зависимости от типа транзистора) UВХ (t) - переменный входной сигнал.

Благодаря именно такому виду базоэмиттерного напряжения UБЭ(t) выходное напряжение каскада (между коллектором и эмиттером) получается в виде суммы постоянной UoK и переменной UK (t) составляющих:

UКЭ(t) =UoK +UK (t). (0.2) При этом переменная составляющая напряжения UK (t), является усиленной и инвертированной копией входного переменного сигнала UВХ (t).

В усилительном каскаде с ОЭ и фиксированным потенциалом базы (рис. 3.1) напряжение смещения UoБ задается явным образом при помощи резистивного делителя R1, R2 и вызывает появление тока покоя базы IoБ. Ток покоя коллектора IoK и напряжение покоя UoK определяются как:

IoK = IoБ, (0.3) UoK = EП - IoK RK, (0.4) где - коэффициент передачи тока базы.

Подлежащий усилению входной сигнал UВХ (t) подается на базу транзистора (точнее прикладывается к базоэмиттерному переходу) через разделительный конденсатор С1. Благодаря этому исключается влияние источника входного напряжения на величину напряжения смещения UoБ.

Для того чтобы в нагрузку не проходила постоянная составляющая коллекторного напряжения UoK ставят выходной разделительный конденсатор C2.

Таким образом, благодаря разделительным конденсаторам Cи C2 достигается разделение цепей постоянного и переменного токов в усилительном каскаде на биполярном транзисторе.

Схема на рис. 3.2 называется с фиксированным током базы.

Фиксация тока IoБ покоя базы в схеме на рис. 3.2 осуществляется при помощи резистора RБ:

EП -UoБ EП IoБ =. (0.5) RБ RБ Задав ток покоя базы, мы задаем ток покоя коллектора IoK и напряжение покоя UoK. Эта пара величин связана с током покоя базы уравнениями (3.3) и (3.4).

Конденсаторы C1 и C2, как и в схеме на рис. 3.1, выполняют роль разделительных.

+EП R К СR Б IoК СVTIoБ R Н ( ) UoК U t Н ( ) U ВХ t UoБ Рис.3.2. Усилительный каскад с ОЭ и фиксированным током базы.

Схемы усилительных каскадов с фиксированным напряжением и током базы (рис. 3.1 и рис. 3.2) обладают большим недостатком – – у них низкая термостабильность. При изменении температуры окружающей среды, например при ее увеличении, возрастает за счет обратного тока IK0 ток покоя IoК транзистора. Это приводит к уменьшению напряжения покоя UoK коллектора, и оно может стать очень малым из-за входа транзистора в состояние насыщения. В итоге каскад становится неработоспособным.

Количественно термостабильность каскада оценивается коэффициентом нестабильности IoK S = (0.6) IKгде IK0 - приращение обратного тока коллекторно-базового перехода, IoK - приращения тока коллектора, вызванные изменениями IK0 обратного тока.

И схема с фиксированным потенциалом базы (рис. 3.1) и схема с фиксированным током базы (рис. 3.2) имеют очень большой коэффициент нестабильности. У них S >> 1.

Радикальным способом улучшения термостабильности усилителей переменного тока является введение отрицательных обратных связей по напряжению (см. рис. 3.3) и по току (см. рис. 3.4) +EП RК СRБ I VToК СIoБ RН ( ) U Н t UoК ( ) U ВХ t UoБ Рис.3.3. Усилительный каскад с ОЭ и отрицательной обратной связью по напряжению.

В схеме рис. 3.3 отрицательная обратная связь по напряжению достигается за счет подключения базового резистора RБ к коллектору транзистора. Это незначительно снижает коэффициент усиления каскада по напряжению, но повышает термостабильность. Действительно, если предположить, что при увеличении температуры произошло увеличение тока покоя коллектора, то это должно привести к уменьшению напряжения покоя UoK = EП - RK IoK.

В свою очередь уменьшение напряжения UoK должно вызвать уменьшение тока покоя базы, так как UoK -UoБ UoK IoБ = (0.7) RБ RБ Соответственно уменьшение тока покоя базы обусловливает уменьшение тока покоя коллектора, так как IoK = IoБ.

Таким образом, в схеме действует отрицательная обратная связь, препятствующая большим изменениям тока покоя коллектора при воздействии дестабилизирующих факторов.

Коэффициент нестабильности этой схемы существенно меньше, чем в схемах по рис. 3.1 и рис. 3.2 и выражается формулой:

S = (0.8) RБ 1RБ + RK Чем меньше величина резистора RБ, тем лучше стабильность схемы, но это приводит к уменьшению коэффициента усиления по напряжению. На практике, обычно, ищут компромисс.

В схеме рис. 3.4 отрицательная обратная связь по току получается за счет введения сопротивления RЭ в цепь эмиттера. Чем больше величина RЭ, тем лучше термостабильность, но это уменьшает коэффициент усиления каскада по напряжению так как:

RK Ku - (0.9) RЭ Чтобы не снижать коэффициент усиления и сохранить термостабильность каскада резистор RЭ шунтируют блокировочным конденсатором (на схеме рис. 3.4 он не показан). Величину емкости этого конденсатора выбирают такой, чтобы его сопротивление переменному току в рабочей полосе частот было намного меньше величины сопротивления RЭ.

+EП RК СRIoК СIoБ А VTRН UoБ IoЭ ( ) UoК U t Н U t ВХ( ) R Э RURЭ IДЕЛ Рис. 3.4. Усилительный каскад с ОЭ и отрицательной обратной связью по току.

Рассмотрим работу схемы. Делитель напряжения R1 и Rобеспечивает фиксацию напряжения UA на базе относительно общего провода. Чтобы параметры транзистора не сказывались на напряжении UA, ток делителя выбирается в пределах Iдел = (3...10)IoБ. (0.10) Напряжение покоя базы UoБ определяется как UoБ = UA -URЭ. (0.11) Предположим, что при увеличении температуры произошло увеличение IK0, что в свою очередь привело к увеличению тока покоя коллектора IoK и тока покоя эмиттера IoЭ = IoК IoК (0.12) При увеличении тока покоя тока покоя эмиттера возрастает напряжение на эмиттерном сопротивлении RЭ (URЭ = IoЭ RЭ ), следовательно, уменьшится напряжение покоя базы UoБ, в результате чего падает IoБ и уменьшается IoK. Таким образом, в схеме действует отрицательная обратная связь, препятствующая большим изменениям тока покоя коллектора при воздействии дестабилизирующих факторов.

Модельный эксперимент Цель работы 1. Исследование усилительного каскада переменного тока на биполярном транзисторе с фиксированным напряжением UoБ покоя базы.

2. Исследование усилительного каскада переменного тока на биполярном транзисторе с фиксированным током IoБ покоя базы.

3. Исследование усилительного каскада переменного тока на биполярном транзисторе с отрицательной обратной связью (ООС) по напряжению.

4. Исследование усилительного каскада переменного тока на биполярном транзисторе с ООС по току.

5. Закрепить теоретические знания, полученные на лекциях и самостоятельных занятиях.

Программное обеспечение, приборы и элементы 1. Пакет моделирующих программ Electronics Workbench v.5.12, работающих в среде операционной системы Windows 98, Windows XP или Windows 2000. Путь запуска программы Electronics Workbench: «рабочий стол Windows» папка «Учебный процесс» ярлык.

2. Транзистор VT1. Путь выбора: группа компонентов транзисторов Transistors NPN Transistor.

3. Резисторы R1, R2, RБ, RK, RЭ, RН. Путь выбора: группа базовых компонентов Basic Resistor.

4. Источники питания EСМ и EП. Путь выбора: группа компонентов источников Sources Battery.

5. Заземление. Путь выбора: группа компонентов источников Sources Ground.

6. Источник переменного напряжения Ec. Путь выбора:

группа компонентов источников Sources AC Voltage Source.

7. Конденсаторы С1,С2. Путь выбора: группа базовых компонентов Basic Capacitor.

8. Вольтметры PV1 и PV 2. Путь выбора: группа компонентов индикаторные приборы Indicators Voltmeter.

9. Амперметры PA1 и PA2. Путь выбора: группа компонентов индикаторные приборы Indicators Ammeter.

10. Осциллограф. Путь выбора: группа компонентов инструменты Instruments Oscilloscope.

Программа работы 1. Изучить подлежащие исследованиям схемы усилительных каскадов переменного тока на биполярных транзисторах.

2. Ознакомиться с типами и моделями элементов, применяемых в схемах усилительных каскадов, уяснить пути их выбора и задания параметров.

3. Используя экспериментальные значения токов покоя IoБ и напряжения покоя UoБ транзистора, полученные в результате экспериментальных исследований режимов работы усилительного каскада на биполярном транзисторе по теме 2 рассчитать величины резистивных элементов схем рис. 3.1-3.4 и данные занести в табл. 3.2.

4. На рабочем поле программы Electronics Workbench v.5.12 собрать схему и произвести исследование усилительного каскада переменного тока на биполярном транзисторе с фиксированным напряжением UoБ покоя базы.

5. На рабочем поле программы Electronics Workbench v.5.12 собрать схему и произвести исследование усилительного каскада переменного тока на биполярном транзисторе с фиксированным током IoБ покоя базы.

6. На рабочем поле программы Electronics Workbench v.5.12 собрать схему и произвести исследование усилительного каскада переменного тока на биполярном транзисторе с обратной связью по напряжению.

7. На рабочем поле программы Electronics Workbench v.5.12 собрать схему и произвести исследование усилительного каскада переменного тока на биполярном транзисторе с обратной связью по току.

Порядок выполнения работы 1. Исследование усилительного каскада переменного тока на биполярном транзисторе с фиксированным напряжением UoБ покоя базы.

1.1. Собрать схему лабораторной установки, приведенную на рис. 3.5.

Значение сопротивления RК взять в соответствии с номером бригады из табл. 3.1.

Модель транзистора 2N2712 выбрать из библиотеки nationl2 во вкладке Models свойств транзистора (NPN Transistor Properties).

Во вкладке Value свойств вольтметров (Voltmeter Properties) установить режим измерения постоянного (Mode: DC) либо переменного (Mode: AC) токов, как указано в скобках рядом с буквенноцифровыми обозначениями вольтметров. Задать внутреннее сопротивление вольтметра (Resistance) (R)=100MОм.

Во вкладке Value свойств амперметров (Ammeter Properties) установить режим измерения постоянного тока (Mode: DC) и задать внутреннее сопротивление амперметра (Resistance) (R)=1µОм.

Таблица 3.Номер бригады 1 2 3 4 5 6 7 8 9 RК, кОм 1,8 1,6 1,7 1,9 2 2,3 2,2 2,1 2,4 2,Номиналы элементов резистивного делителя R1, R2 установить после проведения расчетов с использованием данных ( IoБ и UoБ ), полученных в результате экспериментальных исследований режимов работы усилительного каскада на биполярном транзисторе по теме 2.

Последовательность расчетов следующая:

• Задаться током резистивного делителя напряжения Iдел = 5IoБ. (0.13) • Найти величину суммарного сопротивления резисторов делителя EП R1+ R2 =. (0.14) Iдел • Определить величину UoБ R2 = (0.15) Iдел и округлить ее до ближайшего стандартного значения.

• Найти величину резистора R1 = (R1+ R2) - R2 (0.16) Рис. 3.5. Схема установки для исследования усилительного каскада на биполярном транзисторе с фиксированным напряжением покоя базы.

и округлить до ближайшего стандартного значения.

1.2. Предъявить преподавателю для проверки схему лабораторной установки и получить разрешение на проведение исследований.

1.3. При EСМ =0 путем изменения номинала резистора R1 настроить работу каскада в режиме класса А, контролируя ток IoK покоя коллектора амперметром PA2, а напряжение UoK покоя коллектора вольтметром PV 2. Настройку можно считать завершенной, когда ток и напряжение покоя будут укладываться в 20% допуск:

EП IoК = (1± 0,2)IКН = (1± 0,2) (0.17) 2 RК EП UoК = (1± 0,2). (0.18) Экспериментальные значения тока и напряжения покоя коллектора записать в табл. 3.2.

1.4. Установить вольтметры в режим измерения переменного напряжения (Mode: AC) и настроить осциллограф следующим образом:

• длительность развертки по горизонтали – 1мс/дел;

• чувствительность отклонения луча по вертикали канала А –20мВ/дел;

• смещение луча канала А по вертикали – - 2дел;

• чувствительность отклонения луча по вертикали канала В – 5В/дел;

• смещение луча канала В по вертикали – 0дел.

1.5. Задав напряжение источника входного сигнала EСМ =5мВ зарисовать осциллограммы и вычислить коэффициент усиления каскада по напряжению U К Ku = (0.19) U ВХ где U К и U ВХ - амплитудные либо действующие значения переменных составляющих выходного и входного напряжений каскада.

Экспериментальные коэффициента усиления занести в табл.

3.2.

Рис.3.6. Схема установки для исследования усилительного каскада на биполярном транзисторе с фиксированным током покоя базы.

Таблица 3.Теоретические Экспериментальные данные данные RRUoБ, R2, RK, IoK, UoK, UoБ, IoK, UoK, UВХ, UК, Тип схемы (RБ), (RБ), Ku В В Ом Ом А В В А В В Ом Ом С фиксированным напряженим базы (рис. 3.5) С фиксированным током базы – (рис. 3.6) С ООС по напряжению – (рис. 3.7) С ООС по току (рис. 3.8) 2. Исследование усилительного каскада переменного тока на биполярном транзисторе с фиксированным током IoБ покоя базы.

2.1. Собрать схему установки, представленную на рис. 3.6. Значение сопротивления коллектора RК взять в зависимости от номера бригады из табл. 3.1.

Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 9 |






















© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.