Порядок выполнения экспериментов

• Соберите цепь согласно схеме (рис. 2.6.1, 2.6.2). Потенциометр 1 кОм используется для регулирования тока базы, резисторы 100 и 47 кОм – для ограничения максимального тока базы. Регулирование напряжения U_КЭ осуществляется регулятором источника постоянного напряжения. Для предотвращения подачи обратного напряжения на транзистор в цепь коллектора включён диод. Переход эмиттер база также защищён шунтирующим диодом. Измерение тока базы I_Б и напряжения U_БЭ производятся мультиметрами на пределах 200 μА и 2 В соответственно, Пределы измерения тока коллектора I_К и напряжения U_КЭ изменяются в ходе работы по мере необходимости. При сборке схемы предусмотрите перемычки для переключения амперметра из одной ветви в другую.
• Установите первое значение тока базы 20 μА, переключите миллиамперметр в цепь коллектора и, изменяя напряжение U_КЭ согласно значениям, указанным в табл. 2.6.1, снимите зависимости I_К(U_КЭ) и U_БЭ(U_КЭ). Повторите эти измерения при каждом значении I_Б, указанном в таблице.

Примечание: характеристики транзистора изменяются в ходе работы из-за его нагрева. Поэтому для большей определенности рекомендуется установить нужные значения I_БЭ и U_КЭ, выключить на 30 с блок генераторов напряжений, затем включить его и быстро записать показания приборов V1 и A2.

Рис. 2.6.1

Рис. 2.6.2

Таблица 2.6.1

• На рис. 2.6.3 постройте графики семейства выходных характеристик I_К(U_КЭ) и семейство характеристик обратной связи U_БЭ(U_КЭ), не забыв указать какому току базы соответствует каждая кривая.
• Установите U_КЭ = 0 и изменяя ток базы в соответствии со значениями, указанными в табл. 5.3.2, снимите зависимость U_БЭ(I_Б), Увеличьте напряжение U_КЭ до 5 В и снова снимите зависимость U_БЭ(I_Б), а также и I_К(I_Б). Повторите этот опыт также при U_КЭ = 15 В. (При проведении этих измерений также учитывайте примечание к предыдущему опыту).
• На рис. 5.3.3 постройте графики входных I_Б(U_БЭ) и регулировочных I_К(I_Б) характеристик, указав для каждой кривой соответствующие значения U_КЭ.

Таблица 2.6.2

Рис. 5.3.3

Контрольные вопросы

1. Что такое область отсечки, область активного усиления и область насыщения на семействе выходных характеристик транзистора?
2. Какое явление в транзисторе отражает характеристика обратной связи?
3. Как можно построить характеристику управления по семейству выходных характеристик?

Выбор рабочей точки биполярного транзистора и ознакомление с режимами усиления переменного напряжения классов A, B, AB и D

Общие сведения

На рис. 2.7.1 изображены простейшая схема транзисторного усилителя с общим эмиттером и поясняющая диаграмма. Резистор R_К является сопротивлением нагрузки, на резисторах R₁ и R₂ выполнен делитель напряжения, создающий постоянный ток в цепи база – эмиттер. Он поддерживает транзистор в открытом состоянии при отсутствии входного сигнала, благодаря чему через сопротивление R_К протекает постоянный ток. При этом напряжение на транзисторе U_КЭ(I_К) = U_ПИТ – R_КI_К. Точки пересечения этой прямой с вольтамперными характеристиками I_К(U_КЭ) позволяют определить напряжение и ток в транзисторе при любом токе базы. В зависимости от начального положения точки покоя (при отсутствии входного сигнала) различают несколько классов усиления.

В класса А точка покоя выбирается в примерно в середине активной зоны от I_{К МАКС} до I_{К ММИН}, в которой характеристики транзистора близки к линейным (точка А на поясняюще диаграмме). В этом случае при подаче на базу переменного сигнала (например, синусоидального) в токе базы появляется переменная составляющая, что вызывает соответствующие изменения тока I_К и напряжения U_КЭ. Рабочая точка при этом перемещается по прямой линии U_ПИТ – R_КI_К между зонами насыщения (I_{К МАКС)} и отсечки (I_{К МИН})_. Если входной сигнал не превышает допустимую величину, то происходит пропорциональное усиление всего сигнала. При превышении допустимого уровня наступает ограничение выходного сигнала на уровнях I_{К МАКС} и I_{К МИН} по току и на уровнях U_{КЭ МИН} и U_{КЭ МАКС} по напряжению.

Рис. 2.7.1

В классе АВ точка покоя смещена в сторону зоны отсечки, поэтому часть синусоидального сигнала (меньше полупериода) при усилении «обрезается».

В классе В усиливается точно половина синусоидального сигнала. Для этого точка покоя должна выбираться на границе зоны отсечки (точка В,D). В действительности её выбирают несколько выше, чтобы избежать искажений, вызванных существенной нелинейностью начального участка входной характеристики транзистора.

В классе D транзистор работает в ключевом режиме. Для этого точка покоя выбирается также как и в классе В на границе зоны отсечки, но на вход подаётся большой сигнал, чтобы транзистор быстро переходил в режим насыщения. Ещё лучше в этом режиме на вход подавать сигнал прямоугольной формы. Тогда отпадает необходимость в его большой амплитуде. Становится ненужной и цепь, задающая начальное смещение (делитель из резисторов R₁ и R₂), так как при отсутствии входного сигнала транзистор должен быть надёжно закрыт.

Рассмотренные случаи иллюстрируются диаграммами входных и выходных сигналов на рис. 2.7.2.

Рис. 2.7.2

Экспериментальная часть

Задание

Экспериментально ознакомиться различными классами усиления. В классах А и В подобрать оптимально точку покоя и определить максимальную амплитуду неискажённого выходного сигнала и допустимую амплитуду входного сигнала. В классе D определить минимальную амплитуду прямоугольного входного напряжения, при которой транзистор надёжно переходит в режим насыщения.