ИССЛЕДОВАНИЕ УСИЛИТЕЛЯ НИЗКОЙ ЧАСТОТЫ

Целью работы является исследование характеристик усилителя низкой частоты на биполярном транзисторе.

Основные положения. Усилителем называется устройство, пред-назначенное для увеличения интенсивности сигналов без искажения их формы. По роду усиливаемых сигналов различают усилители гармонических сигналов, усилители импульсных сигналов и усилители постоянного тока. В свою очередь, усилители гармонических сигналов делятся на усилители низкой частоты (УНЧ) и усилители высокой частоты (УВЧ). УНЧ пред-назначены для усиления сигналов с частотами от нескольких десятков герц до сотен килогерц. УВЧ служат для усиления колебаний высоких частот – порядка сотен килогерц и выше. Полоса усиливаемых частот в УВЧ обычно мала, поэтому в качестве нагрузки таких усилителей используют резонансные системы; отсюда их название – резонансные усилители.

В данной лабораторной работе исследуется УНЧ на биполярном транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером. Схема усилителя приведена на рис. 2.1.

К базе транзистора приложено постоянное положительное напряжение, определяемое значением напряжения источника питания Е и соотношением сопротивлений Rб1 и Rб2 (Rб1 и Rб2 называют базовым делителем), поэтому fб всегда превышает fэ и переход эмиттер – база открыт.

Если теперь учесть, что на базу транзистора кроме постоянного положительного напряжения Uвx= = E(Rб2/(Rб1 + Rб2)) поступает также переменный сигнал Uвx (для простоты примем, что Uвx – гармонический сигнал), то в моменты, когда Uвx имеет положительную полярность, pn-переход открывается еще больше и ток через него возрастает, а в моменты, когда Uвx имеет отрицательную полярность (но сохраняется Uвx= + Uвx >0), переход частично закрывается и ток уменьшается. Ток через pn-переход эмиттер – база называют током эмиттера (Iэ). Внутри транзистора он разделяется на небольшой ток базы Iб << Iэи ток коллектора IкIэ. В свою очередь, ток коллектора (Iк) течет через коллекторное сопротивление (Rк) и создает на нем напряжение DUR = IкRк. Отсюда очевидно, что потенциал коллектора fк = Е – DUR = Е IкRк зависит от того, насколько открыт переход эмиттер – база, т. е. от Uвx.

Для аналитического описания зависимости Iк от Uбэчасто используют параметр S = DIк/DUбэ, который называется крутизной. Единица измерения крутизны – ампер на вольт [А/В]. Термин «крутизна» связан с очень редко встречающимися в справочниках «сквозными» вольт-амперными характеристиками транзисторов. Итак,

Uвыx = fк – fэ = Е IкRк = Е S Uбэ Rк = Е S Rк(Uвx= + Uвx) =

= Е S RкUвx= S RкUвx≈.

Два первых слагаемых представляют собой постоянное напряжение Uвых=, а переменный выходной сигнал равен Uвыx = – S RкUвx.

Таким образом, в схеме с общим эмиттером при подаче переменного сигнала на базу транзистора обеспечивается формирование на коллекторе такого же переменного сигнала, отличающегося от входного амплитудой и знаком. При прохождении сигнала через схему имеет место сдвиг фазы, равный 180°). Коэффициент передачи схемы по напряжению

KU = | Uвыx/Uвx| = S Rк.

Емкости Cp1 и Сp2 представляют собой элементарные фильтры высоких частот, обеспечивающие развязку последовательно соединенных схем по постоянному сигналу. Назначение резистора Rэ – обеспечивать термостабилизацию параметров схемы. К сожалению, наличие Rэ негативно влияет на коэффициент усиления схемы, поэтому на рабочих частотах сигнала его шунтируют, применив для этой цели блокировочный конденсатор Сэ.

На характеристики УНЧ оказывает влияние также паразитная емкость Спар: ее обычно учитывают как подключенную между коллектором транзистора и землей.

Амплитудная характеристика схемы с общим эмиттером приведена на рис. 3.1, амлитудно-частотная – на рис. 3.2.

Описание лабораторной установки.В состав лабораторной установки входят лабораторный макет, генератор гармонических сигналов, два вольтметра переменного напряжения и осциллограф. Лицевая панель макета приведена на рис. 3.3.

 

Рис. 3.3

 

С помощью перемычек на макете можно устанавливать различные значения коллекторного сопротивления (R3, R4), одной из разделительных (С5, С6) и блокировочной (С2, С3)емкостей; возможно и отключение блокировочной емкости. Емкости СС8 имитируют паразитную емкость. Кроме того в схеме можно с помощью резистора R5 и конденсатора С4 создать частотно-зависимую обратную связь. Потенциометр R6 позволяет изменять значение встроенного в макет сопротивления нагрузки.

Порядок выполнения работы:

1. Подать напряжения питания +15 и –15 В на макет.

2. Исследовать амплитудную характеристику усилителя:.

а) собрать схему, установив на макете Rк = R3, Ср2 = С5, Сэ = С2; СС8, а также обратную связь R5–С4 отключить. Потенциометр R6 установить в среднее положение;

б) измерить амплитудную характеристику схемы, изменяя значения Uвx от 5 мВ до достижения заметных нелинейных искажений выходного сигнала. Частоту (f) входного сигнала выбрать в пределах 1…10 кГц. Определить Uлин max – максимальное значение входного сигнала, при котором график амплитудной характеристики не отклоняется от линейной зависимости;

в) повторить измерение при Rк = R4.

3. Исследовать амплитудно-частотную характеристику усилителя:

а) собрать схему, установив на макете Rк = R3, Ср2 = С5, Сэ = С2; СС8, а также обратную связь R5–С4 отключить. Потенциометр R6 установить в среднее положение;

б) измерить амплитудно-частотную характеристику схемы в диапазоне частот 20 Гц…200 кГц. Определить нижнюю и верхнюю граничные частоты (fгр) схемы, исходя из условия K(fгр) ≈ 0,7 [max K(f)];

в) Повторить измерение при Rк = R4.

4. Исследование влияния емкости разделительного конденсатора на частотные свойства усилителя:

а) собрать схему, установив на макете Rк = R3, Ср2 = С6, Сэ = С2; СС8, а также обратную связь R5–С4 отключить. Потенциометр R6 установить в среднее положение;

б) измерить амплитудно-частотную характеристику схемы в диапазоне частот 20 Гц…200 кГц. Определить нижнюю граничную частоту (fгр) схемы, исходя из условия K(fгр) ≈ 0,7 [max K(f)].

5. Исследование влияния емкости блокировочного конденсатора на частотные свойства усилителя:

а) собрать схему, установив на макете Rк = R3, Ср2 = С5, Сэ = С3; СС8, а также обратную связь R5–С4 отключить;

б) измерить амплитудно-частотную характеристику схемы в диапазоне частот 20 Гц…200 кГц. Определить нижнюю и верхнюю граничные частоты (fгр) схемы, исходя из условия K(fгр) ≈ 0,7 [max K(f)];

в) повторить измерение при отключении как С2, так и С3.

6. Исследование влияния паразитной емкости на амплитудно-частотную характеристику усилителя:

 

а) собрать схему, установив на макете Rк = R3, Ср2 = С5, Сэ = С3; Спар= = С7, R5–С4 отключить. Потенциометр R6 установить в среднее положение;

б) измерить амплитудно-частотную характеристику схемы в диапазоне частот 20 кГц…200 кГц. Определить верхнюю граничную частоту fгр схемы, исходя из условия K(fгр) ≈ 0,7 [max K(f)];

в) повторить измерение при Спар= С8.

7. Исследование влияния обратной связи на свойства усилителя:

а) собрать схему, установив на макете Rк = R3, Ср2 = С5, Сэ = С2; СС8 отключить. Подключить обратную связь R5–С4. Потенциометр R6 установить в среднее положение;

б) измерить амплитудно-частотную характеристику схемы в диапазоне частот 20 Гц…200 кГц. Определить нижнюю и верхнюю граничные частоты (fгр) схемы, исходя из условия K(fгр) ≈ 0,7 [max K(f)].

8. Исследование влияния нагрузки на частотные свойства усилителя:

а) собрать схему, установив на макете Rк = R3, Ср2 = С5, Сэ = С2; СС8, а также обратную связь R5–С4 отключить. Потенциометр R6 установить в крайнее левое положение;

б) измерить амплитудную характеристику схемы, изменяя значения Uвx от 5 мВ до достижения заметных нелинейных искажений выходного сигнала. Частоту входного сигнала выбрать в пределах 1…10 кГц. Определить Uлин max – максимальное значение входного сигнала, при котором график АХ не отклоняется от линейного;

в) повторить измерение при крайнем правом положении R6;

г) измерить АЧХ схемы в диапазоне частот 20 Гц…200 кГц.

Содержание отчета:

1. Схемы соединения приборов при измерениях амплитудных и амплитудно-частотных характеристик.

2. Схема макета.

3. Результаты измерений и расчетов по п. п. 2–8 (графики АХ, АЧХ, значения Uлин max и fгр). График АЧХ, измеренной для схемы п. 3,а следует сопоставлять отдельно с графиками АЧХ, снятыми во всех остальных случаях (п. п. 3,в; 4,б; 5,б; 6,б; 7,б; 8,г).

4. Выводы.

Лабораторная работа № 4

 



/footer.php"; ?>