12658

ИССЛЕДОВАНИЕ ТРАНЗИСТОРНЫХ КАСКАДОВ УСИЛЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3 ИССЛЕДОВАНИЕ ТРАНЗИСТОРНЫХ КАСКАДОВ УСИЛЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА Цель работы: Изучение транзисторных каскадов класса усиления расчет цепей смещения и стабилизации испытание каскадов и измерение их параметров. В кас...

Русский

2013-05-02

85.5 KB

19 чел.

PAGE  5

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

ИССЛЕДОВАНИЕ ТРАНЗИСТОРНЫХ КАСКАДОВ УСИЛЕНИЯ
ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Цель работы: Изучение транзисторных каскадов класса усиления, расчет цепей смещения и стабилизации, испытание каскадов и измерение их параметров.

В каскадах усиления сигналов переменного тока для создания заданного режима работы транзистора, характеризующегося коллекторным током Iк и напряжением коллектор-эмиттер Uкэ, применяются разнообразные схемы цепей смещения. Эти цепи необходимы для обеспечения определенных значений Iк и Uкэ и поддерживания этих величин в заданных пределах при изменении параметров транзисторов. Во всех схемах коллекторный ток зависит от величины напряжения питания, от величин сопротивлений в цепи смещения и от температурного изменения параметров транзистора и их технологического разброса. При изменении коллекторного тока изменяется положение рабочей точки, поэтому изменяются дифференциальные параметры транзистора, а следовательно, усилительные свойства каскада. При увеличении коллекторного тока увеличивается мощность, рассеиваемая в транзисторе, а это может привести к перегреву транзистора и его повреждению.

Исходными данными для расчета транзисторных каскадов являются сопротивление нагрузки Rн и максимальная амплитуда синусоидального напряжения на нагрузке Uнm. Следовательно, оказывается заданной максимальная мощность в нагрузке и максимальная амплитуда тока Iнm. Режим каскада должен быть выбран таким образом, чтобы из всей мощности переменного тока, развиваемой каскадом, возможно большая часть была выделена в сопротивлении нагрузки, подсоединенном к транзистору через конденсатор связи С2.

Схема каскада приведена на рис. 2.

Постоянная составляющая коллекторного тока Iк протекает только по резистору R1 (рис. 2). Переменная составляющая коллекторного тока Iкm разветвляется по двум цепям: одна – конденсатор связи С2 и нагрузка, другая – резистор R1 и источник напряжения питания Еп. При заданной величине сопротивления нагрузки желательно иметь R1 максимальным, чтобы в него ответвлялась возможно меньшая часть переменной составляющей коллекторного тока.

Так как заданы величины Iнm и Uнm, то они и определяют режим транзистора, т.е. постоянные составляющие коллекторного тока Iк и напряжения коллектор-эмиттер Uкэ. Для получения заданных Iнm и Uнm Iк и Uкэ должны изменяться лишь в заранее предусмотренных пределах при изменении обратного коллекторного тока Iк0 и коэффициента усиления по току транзистора . Поддержание в заданных пределах величин Iнm и Uнm необходимо для того, чтобы во всех случаях эти величины были достаточны для получения синусоидального напряжения Uнm и тока Iнm без искажений. Это достигается соответствующим расчетом цепи смещения, которая обеспечивает требуемый ражим и заданную его стабильность. Схема цепи смещения не определяет схемы включения транзистора по переменному току. Все три схемы включения транзистора – с общим эмиттером, общей базой и общим коллектором – могут быть осуществлены при неизменном режиме и неизменной схеме цепи смещения. От схемы включения транзистора по переменному току существенно зависят усилительные свойства каскада. При испытании рассчитанного каскада сравниваются свойства его при трех различных схемах включения транзистора.

Необходимо рассчитать цепь смещения транзистора, обеспечивающую требуемый режим работы и заданную стабильность и по результатам расчета смакетированть цепь смещения и проверить результаты расчета экспериментально.

ПОРЯДОК РАСЧЕТА

Исходными данными для расчета служат заданные значения сопротивление нагрузки Rн и максимальная амплитуда напряжения на нагрузке Uнm.

Необходимо рассчитать режим работы транзистора и величины сопротивлений резисторов R1, R2, R3 и R4 цепи смещения транзистора.

Напряжение коллектор-эмиттер Uкэ может быть равным нулю, поэтому необходимо, чтобы мгновенное значение напряжения коллектор-эмиттер никогда не было бы меньше величины Uкэ min, значение которой обычно выбирается в пределах 1…2 В.

При повышении температуры переходов увеличивается коллекторный ток и уменьшается напряжение коллектор-эмиттер на величину Uкэ = 1…4 В.

Учитывая эти соображения, постоянную составляющую напряжения коллектор-эмиттер необходимо выбирать следующим образом:

.

Постоянная составляющая коллекторного тока Iк протекает только по резистору R1. Переменная составляющая коллекторного тока Iкm разветвляется по двум цепям: часть этого тока протекает по нагрузке, а другая – по резистору R1 в коллекторной цепи, замыкаясь через источник питания. При заданной величине сопротивления нагрузки желательно иметь сопротивление в коллекторной цепи максимально большим, чтобы в это сопротивление ответвлялась возможно меньшая часть переменой составляющей коллекторного тока.

Величина сопротивления R1 и постоянная составляющая коллекторного тока находятся следующим образом:

где Еп – напряжение питания схемы, 12 В;

U2 = (2…5) В – падение напряжения на сопротивлении R2;

Iк min – минимально возможная величина мгновенного значения коллекторного тока, 0,6…0,8мА, при меньших токах коллектора сопротивление транзистора значительно возрастает, и переходная характеристика становится существенно нелинейной.

Полученная в результате расчета величина сопротивления резистора R1 должна превышать заданную величину сопротивления нагрузки Rн. В противном случае каскад будет иметь низкий коэффициент усиления по току. Величину сопротивления R1 можно менять, изменяя принятые значения Uкэ, U2 и Uкэ min.

Получение в каждом каскаде усилителя определенной стабильности коллекторного тока является совершенно необходимым условием. Требования к цепям смещения заключаются в возможности создания коллекторного тока заданной величины и в обеспечении минимального влияния изменения параметров транзистора на полный коллекторный ток. Непосредственно стабильность коллекторного тока определяет величина коэффициента нестабильности Si, которая показывает существующее в каскаде соотношение между допустимым изменением коллекторного тока Iк и коэффициента вариаций А, который учитывает возможные отклонения параметров транзистора Iк0 и от номинальных значений

,

где Iк – постоянная составляющая коллекторного тока;

Iк = 30 мкА – возможное изменение коллекторного тока из-за нагрева транзистора и технологического разброса;

= 0,94 – коэффициент усиления транзистора по току в схеме с общей базой;

 = 0,05 – возможное отклонение коэффициента усиления от номинала из-за нагрева транзистора и разброса параметров.

Величина коэффициента нестабильности определяется по формуле

,

Если в результате расчета получен Si < 1,5 или Si > 8, то следует изменить принятые значения величин Uкэ, U2, Uкэ и повторить расчет.

Теперь с учетом режима работы транзистора и стабильности этого режима можно приступить к расчету сопротивлений цепи смещения:

.

где Iк0 = 5 мкА – обратный ток коллектора.

По окончании расчета необходимо предъявить результаты преподавателю.

После проверки расчетов следует подобрать резисторы с требуемой величиной сопротивления (допускается 10%-ное отклонение от расчетной величины) и установить их в соответствующие гнезда стенда. В случае необходимости возможно использование двух резисторов для получения параллельного соединения (для второго резистора соответствующие гнезда во втором ряду).

ПРОВЕРКА РАСЧЕТА УСИЛИТЕЛЬНОГО КАСКАДА

В собранном каскаде необходимо проверить режим работы транзистора по постоянному току и сравнить с расчетными данными.

Порядок проверки

  1.  Отключить от панели датчик сигнала.
  2.  Отключить от выхода усилительного каскада нагрузку.
  3.  ВКЛЮЧИТЬ СТЕНД.
  4.  Вольтметром постоянного тока измерить напряжение U2 на резисторе R2.
  5.  Вольтметром постоянного тока измерить напряжение Uкэ транзистора VT1.
  6.  Вольтметром постоянного тока измерить напряжение UR1 на резисторе R1.
  7.  Вольтметром постоянного тока измерить напряжение питания схемы.
  8.  По известным величинам UR1 и R1 вычислить ток Iк.
  9.  Результаты измерений и вычислений сравнить с расчетными величинами. Совпадение этих результатов с точностью 10% можно считать удовлетворительными.
  10.  ВЫКЛЮЧИТЬ СТЕНД.

ИССЛЕДОВАНИЕ УСИЛИТЕЛЬНОГО КАСКАДА

Задача исследования – проверить усилительные свойства каскадов с общим эмиттером, общей базой и общим коллектором, собранных при неизменном режиме и неизменной цепи смещения.

Рис. 1

  1.  Собрать каскад по схеме с общим эмиттером (ОЭ) (рис. 1).
  2.  Подключить ко входу каскада датчик синусоидального напряжения (диапазон 0,1 В). Датчик должен быть выведен в нулевое положение.
  3.  Подключить к выходу каскада нагрузку, предварительно установив ее заданную величину (на стенде – переключатель Rн2).
  4.  Подключить осциллограф и вольтметр В3-38 на выход усилительного каскада.
  5.  ВКЛЮЧИТЬ СТЕНД.
  6.  Плавно подавая сигнал на вход каскада, установить на нагрузке напряжение, соответствующее заданному амплитудному значению Uнm. (Вольтметром В3-38 измеряется действующее значение напряжения).
  7.  По осциллографу проверить форму напряжения на нагрузке. Если форма отличается от синусоидальной (ограничивается верхняя или нижняя полуволна напряжения), уменьшить входной сигнал до получения неискаженного напряжения на нагрузке.
  8.  Вольтметром В3-38 измерить напряжение на нагрузке.
  9.  Переключив вольтметр на вход усилительного каскада, измерить величины напряжения и тока сигнала.
  10.  Результаты измерений занести в таблицу 1 (см. содержание отчета).
  11.  ВЫКЛЮЧИТЬ СТЕНД.
  12.  Собрать каскад по схеме с общей базой (ОБ)(рис. 2).
  13.  Выполнить для этого каскада пункты 2–10. При необходимости переключить датчик на диапазон 1 В.
  14.  ВЫКЛЮЧИТЬ СТЕНД.
  15.  Собрать каскад по схеме с общим коллектором (ОК) (рис. 3).
  16.  Выполнить для этого каскада пункты 2–10. При необходимости переключить датчик на диапазон 10 В.
  17.  ВЫКЛЮЧИТЬ СТЕНД.
  18.  Вычислить величину тока нагрузки и значения коэффициентов усиления по напряжению, току и мощности, а также входных сопротивлений каскадов. Результаты занести в таблицу 1.

Таблица 1

Тип
каскада

Результаты измерений

Результаты расчетов

Uн, В

Uc, В

Ic, мА

Iн, мА

ki

ku

kp

Rвх, кОм

ОЭ

ОБ

ОК

Рис. 2

Рис. 3

Содержание отчета

  1.  Подробный расчет цепей смещения и стабилизации каскада..
  2.  Схемы каскадов рис. 1, 2, 3.
  3.  Результаты проверки режимов каскадов.
  4.  Таблица по результатам измерений.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

10647. Обеспечение функциональности и надежности программного средства 83.5 KB
  Обеспечение функциональности и надежности программного средства 1. Примитивы качества программных средств. 2. Защитное программирование. В спецификации качества ПС могут быть дополнительные характеристики критериев качества обеспечен...
10648. Управление конфигурацией в жизненном цикле программных средств 200.5 KB
  Управление конфигурацией в жизненном цикле программных средств 1. Процессы управления конфигурацией программных средств 2. Этапы и процедуры при управлении конфигурацией программных средств Вопрос 1. Процессы управления конфигурацией пр...
10649. Разработка требований к программным средствам 196 KB
  Тема: Разработка требований к программным средствам 1. Организация разработки требований к сложным программным средствам 2. Процессы разработки требований к характеристикам сложных программных средств 3. Структура основных документов отражающих требования к прогр
10650. Пакеты программ MathCad и Excel 247 KB
  Лабораторная работа 1 Пакеты программ MathCad и Excel Подавляющее большинство лабораторных работ по курсу €œЧисленные методы€œ может быть выполнено на базе программ MathCad и Excel которые содержат все необходимые вычислительные инструменты; удобны в испо...
10651. Действия над приближенными числами 153.5 KB
  Лабораторная работа 2 Действия над приближенными числами Цель работы. Изучить правила округления приближенных чисел на примере сходимости степенного ряда к известному значению и с заданной точностью. Освоить понятия абсолютной и относительной погрешностей и ...
10652. Решение систем линейных уравнений 263.5 KB
  Лабораторная работа 3 Решение систем линейных уравнений Цель работы. Выяснить какие технические и технологические задачи встречающиеся на практике приводят к системам линейных уравнений. Исходя из таблиц опытных данных научиться составлять такие сис
10653. Отделение корней уравнений. Уточнение корней методом Ньютона 146 KB
  Лабораторная работа 4 Отделение корней уравнений. Уточнение корней методом Ньютона. Цель работы. Изучить способы отделения корней уравнений после чего методом дихотомии найти три интервала изоляции для алгебраического уравнения третьего порядка. Выбрав од...
10654. Уточнение корней уравнений методом итераций 147.5 KB
  Лабораторная работа 5 Уточнение корней уравнений методом итераций. Цель работы. Уточнить корень алгебраического уравнения с заданной степенью точности используя метод итераций построить график сходимости и сравнить его с методом Ньютона. Теоретиче
10655. Построение эмпирической формулы методом наименьших квадратов 280 KB
  Лабораторная работа 6 Построение эмпирической формулы методом наименьших квадратов. Цель работы. Для опытных данных представленных в виде таблицы подобрать такую аналитическую зависимость которая бы приближенно выражала исследуемый процесс.