Uб0 = URб2 – URэ1.
Ток смещения базы Ιб0 определяется по входной характеристике (рис. 3.5). Значения ЕК, RК установить как в п. 4.
Напряжение входного сигнала (переменное) поддерживать равным нулю. Для этого тумблер В12 перевести в положение «~ UВХ», B1 разомкнуть и контролировать величину сигнала по микроамперметру (ΙВХ = 0).
Рис. 3.5. Графический способ определения напряжения и тока смещения,
максимального входного тока и напряжения, входного сопротивления
постоянному току
К пункту 6.
Для сборки схемы с ОК: ВЗ и В4 замкнуты (RК = 0), B14 – в положении «ОК», В7 разомкнут. Тумблерами В6, В9, B11 набрать необходимое значение RЭ, тумблерами В8, B10 – значение RН. Тумблер B16 замкнут.
Тумблер В7 следует разомкнуть. В этом случае эмиттер уже не будет подключён к корпусу через конденсатор, т.е. по переменному току эмиттер в схеме с ОК имеет потенциал, отличный от потенциала корпуса. Теперь зажимы «эмиттер-корпус» – это выходные зажимы усилителя, с которых снимается выходное напряжение.
Тумблеры В3, В4 замыкаются, и коллектор оказывается подключённым непосредственно к источнику питания (см. рис. 3.1 и рис. 3.4). Источник питания ЕК представляет собой выпрямитель со сглаживающим ёмкостным фильтром Сф. Конденсатор Сф шунтирует источник питания и соединяет коллектор с корпусом, поэтому коллектор по переменному току имеет потенциал корпуса. Следовательно, нагрузка RН фактически подключена по переменному току в схеме с ОК к зажимам «эмиттер-коллектор». Входное напряжение подаётся к зажимам «база-корпус», т.е. «база-коллектор». Таким образом, в схеме с ОК коллектор является общим зажимом для входа и выхода.
Входное напряжение UВХ задается не выше допустимого. Отсутствие искажений в форме выходного напряжения контролируется с помощью осциллографа.
Методика определения Кi, Кu, Кp, IВХ показана в методических указаниях к п. 4.
Коэффициент усиления по напряжению Кu в схеме c ОК примерно равен 1.
К пункту 7.
Изменяя UВХ, записывать значения UВХ и UВЫХ, измеренные вольтметром. Измерение прекратить при достижении UВХ максимально допустимой величины, определенной в п. 6.
К пункту 8.
Выставив необходимые значения ЕК и RЭ, установить UВХ на уровне 0,2 В. Тумблерами В8, B10 набрать необходимое в данном замере RН. В таблицу (табл. 3.3) занести значения Ιd и UВЫХ. Измерение повторять для других значений RН, заполняя табл. 3.7. Для расчета Кi, Кu, Кp воспользоваться формулами, приведенными в п. 4.
Содержание отчета
Отчет по работе должен содержать:
· схему для снятия статических характеристик;
· схемы усилительных каскадов с ОЭ и ОК;
· таблицы с результатами измерений;
· входные и выходные характеристики с необходимыми построениями;
· амплитудную характеристику;
· сводную таблицу результатов расчета коэффициентов усиления Кi, Кu, Кp.
Краткие теоретические сведения
Принцип усиления рассматриваемых устройств состоит в том, что при помощи небольшого тока базы можно управлять значительными токами коллектора и эмиттера транзистора.
Каскады ОЭ и ОК дают усиление no токy, так как и ток коллектора и ток эмиттера больше тока базы. Усилитель с общим эмиттером дает усиление по напряжению и изменяет фазу выходного сигнала на 180° по отношению к синусоидальному входному. Каскад ОК (эмиттерный повторитель) не дает усиления по напряжению и не инвертирует фазу входного сигнала. В этом легко убедиться, если учесть, что напряжение Uбэ незначительно, и мало меняется при работе каскада. Следовательно, потенциал эмиттера «привязан» к потенциалу базы и повторяет его изменения: UВХ = Uбэ + UВЫХ @ UВЫХ.
Если на усилитель подать только напряжение источника питания, то через транзистор и резисторы RК и RЭ потекут постоянные токи. При подаче на вход переменного напряжения все токи и напряжения начнут пульсировать. При отсутствии цепей смещения усиливается только одна половина синусоидального входного сигнала. Для усиления и положительной и отрицательной полуволн входного сигнала в схему усилителей вводят напряжение смещения.
Делитель напряжения, состоящий из резисторов Rб1 и Rб2 (см. рис. 3.3), и сопротивление в цепи эмиттера Rэ1 служат для задания постоянных составляющих напряжения между базой и эмиттером Uб0 и тока базы Ιб0 (напряжения и тока смещения), которые определяют положение рабочих точек «П» и «П'» на входных (рис. 3.5) и выходных (рис. 3.6) характеристиках транзистора соответственно.
Напряжение между базой и эмиттером
Uбо = URб2 – URэ1 = Ιдел.Rб2 – ΙэRэ1.
Ток делителя
Ιдел. = 
.
Резистор R2 ограничивает ток, протекающий в цепи базы транзистора. Резистор Rэ1 используется совместно с конденсатором СЭ как цепь температурной стабилизации при исследовании схемы с общим эмиттером. Резисторы Rэ2 и Rэ3 включаются в цепь эмиттера при исследовании каскада с общим коллектором.
Рис. 3.6. Линии нагрузки на выходных характеристиках
Конденсаторы СВХ и СВЫХ являются разделительными. СВХ служит для того, чтобы постоянный ток делителя Rб1, Rб2 не оказывал влияния на работу источника переменного входного сигнала. СВЫХ служит для того, чтобы на выходе каскада в сопротивлении RН выделялась только переменная составляющая усиленного сигнала.
Линия нагрузки по постоянному току MN строится по точкам N(IК = 0, UК = EК) и M(IК = EK/R=, UК = 0), где R= = RК + RЭ; линия нагрузки по переменному току KL строится по точкам L(IК = 0, UКО + IКО·R~) и K(IКО + UКО/R~, UК = 0), где R~ = RН·RК/(RН + RК).
Резистор Rэ1 осуществляет также температурную стабилизацию тока покоя коллектора IКО, являясь элементом отрицательной обратной связи. При повышении температуры транзистора увеличиваются токи коллектора и эмиттера, возрастает падение напряжения ΙэRэ1, что влечет за собой уменьшение (по абсолютной величине) напряжения на базе Uб0 и тока базы Ιб0. Ток базы связан с током коллектора прямо пропорциональной зависимостью. Таким образом, за счет повышения температуры происходит увеличение тока коллектора на ∆Ι'К, а из-за уменьшения тока базы Ιб0 – уменьшение тока коллектора на ∆Ι"К. Результирующее изменение тока коллектора оказывается незначительным:
∆ΙК = ∆Ι'К – ∆Ι"К.
Чтобы не возникла отрицательная обратная связь по переменному току, сопротивление Rэ1 зашунтировано конденсато- ром СЭ. Отсутствие этой цепи уменьшало бы коэффициент усиления усилителя на переменном токе.
Резисторы RК1, RК2 в схеме ОЭ (см. рис. 3.3) и сопротивления Rэ2, Rэ3 в схеме ОК (см. рис. 3.4) являются нагрузочными (не путать с нагрузкой) и включаются последовательно с транзистором по отношению к источнику питания EК.
Резисторы RН1 и RН2 являются сопротивлениями нагрузки для одиночного каскада.
Контрольные вопросы и задания
1. Объясните принцип действия биполярного транзистора.
2. Для чего используются входные, выходные и переходные характеристики транзистора? Что по ним можно определить?
3. Объясните, почему ток коллектора зависит от тока базы.
4. Как по входной характеристике определить необходимое напряжение и ток смещения, максимальное входное напряжение?
5. Почему усилительный каскад с общим коллектором называется эмиттерным повторителем?
6. Сравните каскады ОЭ и ОК по усилительным свойствам, а также по входным и выходным сопротивлениям.
7. Какова фаза выходного напряжения по отношению к входному в схемах ОЭ и ОК?
8. Почему каскад ОК не дает усиления по напряжению, а усиливает сигнал по току и мощности?
9. Как осуществляется температурная стабилизация тока покоя коллектора в схеме с ОЭ?
10. Что является нагрузкой усилителя по постоянному и переменному току?
11. Как по входной характеристике определить входное сопротивление транзистора постоянному и переменному току?
12. Каким образом по выходной характеристике определяется выходное сопротивление транзистора по постоянному и переменному току?
13. Как построить линию нагрузки по постоянному току?
Лабораторная работа №4
