Реферат: Изучение режимов работы диодов и транзисторов в электронных схемах

Теоретическая часть

В транзисторных схемах источник сигнала может включаться в цепь базы или эмиттера, нагрузка - в цепь коллектора или эмиттера, а третий электрод транзистора оказывается общим для входной и выходной цепи. В зависимости от того, какой электрод транзистора оказывается общим, различают схемы ОЭ (о общим эмиттером), ОБ (с общей базой) и ОК (с общим коллектором), показанные на рис. 7.

В этих схемах конденсаторы С1 и С2 служат для связи каскада с источником сигнала и нагрузкой на переменном токе и исключают в то же время влияние источника сигнала и нагрузки на режим работы каскада по постоянному току. Резисторы R1, R2, R_к и Rэ обеспечивают выбранный режим работы транзистора в активной области, т.е. выбранное положение рабочей точки на вольт-амперных характеристиках транзистора. Конденсатор СЗ выполняет роль блокировочного конденсатора, исключая из работы на переменном токе резистор Rэ (каскад ОЭ) или делитель напряжения в цепи базы R1, R2 (каскад ОБ), и тем самым обеспечивает присоединение эмиттера(базы) к общей точке схемы.

Для анализа транзисторных схем важно знать,как связаны электродные тока и напряжения между выводами транзистора, т.е. знать вольт-амперные характеристики.

Прианализе каскада ОЭ удобно пользоваться зависимостями I_б =f₁ (U_бэ , U_кэ ) и I_к =f₂ (U_кэ ,I_б ). Первые из них называются семейством входных, а вторые - семейством выходных характеристик. Их типичный вид приведен на рис. 8. Здесь же приведена построенная нагрузочная прямая по постоянному току и выбранная на ней рабочая точка транзистора А с координатами I_кА, U_кэА , I_б , которая отображена также на семействе входных характеристик и имеет координаторы I_бА, (U_бэА , I_кэА ). Для построенной нагрузочной прямой I_к =(Е_к -U_кэ )/(R_к +R_э ) (рис.8а) транзистop будет работать в активном режиме при токах базы в диапазоне I_к0 - I_бН .

В усилительных схемах транзистор работает в активном режиме когда эмиттерный переход смещен прямо (для р-п-р-транзистора U_бэ >0 ), а коллекторный - обратно (U_бк >0) . При этом транзистор обладает усилительными свойствами и токи его электродов связаны между собой через статические коэффициенты передачи по току транзистора В и a

В= I_к /I_б , В+1= I_э /I_б, a= I_к /I_э

откуда следует, что В=a/(1-a), a=В/В+1 .

Рис. 8 . Статические вольт-амперные характеристики транзистора: а) выходные, б) входные.

Для оценки параметров усилителя его принципиальную схему преобразуют в эквивалентную, в которой транзистор замещается своей малосигнальной эквивалентной схемой рис. 9.

Нас интересуют формулы для к_u , к_i, к_p, R_вх и R_вых в диапазоне средних частот. На этих частотах можно не учитывать частотную зависимость коэффициента передачи по току и емкость Скэ (она отбрасывается). Емкости конденсаторов CI, C2 и СЗ выбирают настолько большими, чтобы на средних частотахих сопротивление было пренебрежимо малым по сравнению с суммарным сопротивлением окружающих их резисторов. Поэтому в эквивалентной схеме на рис.10 они представлены коротко- замкнутыми ветвями. То же относится и к источнику питания Е_к , так как схема на рис.10 справедлива только для переменных составляющих токов и напряжений. С учетом сказанного резисторы R₁ и R₂ , так же как и резисторы R_к и R_H (R_H - нагрузка, подключается к выходным клеммам усилителя), оказываются соединенными параллельно. Поэтому в эквивалентной схеме фигурируют R_б = R₁ ||R₂ и R_kH = R_k ||R_H . Аналогично можно получить эквивалентные схемы для каскадов ОБ и ОК. Применяя к эквивалентным схемам каскадов известные методы анализа электрических цепей (например, метод контурных токов), можно получить приближенные формулы для оценки основных параметров усилительных каскадов, представленные в таблице. В этих формулах

R_ЭH = R_Э ||R_H R_{вх троэ} = r_f + r_Э (B+1), где r_Э =26 мВ/I_ЭА , R'=R_r R_б /( R_r +R_б ), а R_r - внутреннее сопротивление источника сигнала. Для всех схем к_р =к_u к_i .

Верхняя граничная частота полосы пропускания (на этой частоте U_вых в раз меньше, чем на средней частоте) транзисторного каскада зависит от параметров транзистора f_h21б , B, C_к , r_б и r_э , нагрузки R_H ,C_H , внутреннего сопротивления источника сигнала R_r и схемы включения транзистора. Дkя любого усилительного каскада f_в =(2pt_в )^-1 где t_в =G (t_в +C_кэ R_кH ) +C_H R_кH . В последней формуле t_в =(B+1)/ 2p f_h21б , Cкэ=C_к (B+1) , а коэффициент G для каждой схемы включения транзистора вычисляют по формулам таблицы.

Описание макета

Исследуемая в работе схема представлена на рис. II. С помощью переключателей, расположенных на передней панели лабораторной установки, можно путем соответствующей коммутации эмиттерной, базовой и коллекторной цепей транзистора собрать любой из трех усилительных каскадов (ОЭ, ОБ или ОК).

Для оценки входного тока усилителя служат измерительные резисторы R1 (ОЭ, ОК) и R6 (ОБ). При этом i_вх =(U_г -U_вх )/R_изм , где Uг . - напряжение на клеммах генератора, U_вх напряжение на входе усилителя (за измерительным резистором).

При опенке выходного сопротивления усилителя

R_вых =U_{вых xx} /i_{вых кз} будем считать, что холостой ход на выходе усилителя возникает, если установить R_H =R_Hмакс , а режим короткого замыкания – при R_H =R_Hмин , так как других возможностей данная лабораторная установка не предоставляет.

Рис. II. Схема макета лабораторной работы № 2

Питание усилительного каскада осуществляется от источника G1, напряжение на выходе которого устанавливают 10 В.

В исследуемой схеме стоит маломощный низкочастотный транзистор МП42А ( f_h21б = 1¸3 мГц, В= 30¸50, r_б = 200 Ом, С_к = 30 пФ, Р_кмакс =200 мВт). Резисторы и конденсаторы имеют следующие номиналы: R₁ =1 кОм, R₂ =11 кОм, R₃ =5.1 кОм, R₄ =R₅ =R₉ =3.6 кОм, R₆ =470 Ом, R₇ =20 Ом, R₈ =510 Ом, R₁₀ =10 кОм, С₁ =С₂ =С₃ =20 мкф.

Задание

Подготовить к работе генератор стандартных сигналов (ГСС) и милливольтметр переменного тока с большим входным сопротивлением. Ознакомившись с назначением органов управления лабораторной установки и присоединив к ней измерительные приборы, подключить установку к сети переменного тока.

1. Подавая на вход схемы синусоидальный сигнал с частотой fc=2кГц (средняя частота для усилителя) и напряжением Uг = 35 мВ, для каждого из усилительных каскадов ОЭ, ОБ, ОК провести экспериментальную оценку малосигнальных параметров каскада R_вх , к_i , к_u , к_р , R_вых различных сопротивлениях нагрузки R_Н . Построить зависимости параметров усилителя от R_Н .