Порядок выполнения экспериментов

· Соберите на наборном поле цепь усилительного каскада с ОИ (принципиальная схема - рис. 3.2.1, монтажная – 3.2.2). В ней напряжение смещения регулируется потенциометром 10 кОм. Последовательно с источником переменного сигнала и на входе включены конденсаторы соответственно 0,22 и 0,47 мкФ для развязки цепей постоянного и переменного тока. На входе меду точками А и В включена перемычка для подключения добавочного сопротивления. Измерение входного и выходного напряжений осуществляется осциллографом и двумя мультиметрами.

Рис. 3.2.1

· Включите осциллограф для наблюдения по двум каналам одновременно(канал I –5 В/дел., канал II – 0,5 В/дел). Включите мультиметры для измерения переменных напряжений.

· Включите блок генераторов напряжений и установите частоту синусоидального напряжения 1 кГц, а амплитуду сначала равной нулю.

· Изменяя напряжение смещения на базе поворотом ручки потенциометра вправо и влево, установите напряжение покоя примерно в середине диапазона его изменения. Подайте на вход усилителя синусоидальное напряжение и, регулируя его амплитуду, установите на входе максимальный сигнал, соответствующий неискажённому напряжению на выходе. При необходимости уточните положение точки покоя.

Рис. 3.2.2

· Запишите в табл. 3.2.1 входное и выходное напряжения и определите коэффициент усиления по напряжению.

· Для определения выходного сопротивления подключите к выходу (параллельно вольтметру V2) нагрузочное сопротивление R_Н = 10 кОм. При этом напряжение на выходе уменьшится от U_ВЫХ, которое уже записано в табл. 3.2.1, до U_ВЫХ1. Запишите это значение также в табл. и вычислите выходное сопротивление по формуле:

· Уберите нагрузочное сопротивление, а для определения входного сопротивления включите добавочное сопротивление R_ДОБ (100 кОм) во входную цепь (вместо перемычки АВ). При этом напряжение на выходе уменьшится от U_ВЫХ до U_ВЫХ2. Запишите это значение также в табл. и вычислите входное сопротивление по формуле:

Таблица 3.2.1

· Теперь соберите цепь усилительного каскада с ОС (принципиальная схема - рис. 3.2.3, монтажная – рис. 3.2.4). Установите усиление осциллографа по каналу I –5 В/дел., канал II – тоже 5 В/дел).

· Снова подайте на вход синусоидальное напряжение, соответствующее максимальному неискажённому напряжению на выходе, отрегулировав предварительно точку покоя потенциометром.

· Проделайте все те же опыты, что и в схеме сообщим эмиттером, и заполните второй столбец табл. 3.2.1.

· Проделайте аналогичные опыты в схеме усилителя с общим затвором (рис. 3.2.5 и 3.2.6) и сравните результаты. При сборке схемы не ошибитесь с полярностью электролитического конденсатора!

Рис. 3.2.3

Рис. 3.2.4

Рис. 3.2.5

Рис. 3.2.6

Контрольные вопросы

1. Какой из трёх усилителей инвертирует входной сигнал?
2. Почему усилитель с общим стоком не имеет такой же значимости, как усилитель с общим коллектором на биполярном транзисторе?
3. В каких отношениях усилитель с общим затвором отличается от усилителя с общим истоком?

Исследование двухкаскадного транзисторного усилителя

Общие сведения

Основными параметрами транзисторного усилителя являются:

· Коэффициенты усиления по напряжению, току и мощности, которые представляют собой отношение выходной величины к соответствующей входной:

· Амплитудная характеристика U_ВЫХ(U_ВХ), представляющая собой зависимость выходного напряжения от входного при постоянной частоте.

· Амплитудно-частотная характеристика k(f), представляющая собой зависимость коэффициента усиления (обычно по напряжению) от частоты входного сигнала при неизменной амплитуде синусоидального входного сигнала.

Для увеличения коэффициента усиления и улучшения характеристик усилителя используют многокаскадные усилители с трансформаторной, гальванической, или активно-ёмкостной связью между каскадами. Коэффициент усиления многокаскадного усилителя равен произведению коэффициентов усиления отдельных каскадов:

k = k₁ k₂ k₃… .

Для изменения коэффициента усиления, улучшения других характеристик (в частности, уменьшения зависимости от температуры характеристик транзисторного усилителя) или придания усилителю каких либо особых свойств используют обратные связи. Обратная связь – это воздействие части выходного сигнала на вход усилителя. Если эта часть выходного сигнала складывается с входным сигналом, то такая связь называется положительной, если вычитается из входного сигнала – то отрицательной.

Вид амплитудной характеристики транзисторного усилителя изображён на рис. 3.3.1а. Характеристика близка к линейной только на рабочем участке вс. На нём форма выходного сигнала почти повторяет форму входного сигнала. На начальном нелинейном участке ав уровень собственных шумов и утечек усилителя соизмерим с входным сигналом. На конечном участке сd имеют место нелинейные искажения из-за насыщения транзистора.

Вид амплитудно-частотной характеристики представлен на рис. 3.3.1б. Эта характеристика изображается обычно в логарифмическом масштабе по оси абсцисс, т.е. по оси f откладывается не сама частота, а десятичный логарифм частоты. Это позволяет на одном рисунке отобразить всю характеристику при большом диапазоне изменения частоты.Уменьшение коэффициента усиления на нижних частотах объясняется влиянием разделительных конденсаторов, сопротивление которых увеличивается при уменьшении частоты. На верхних частотах коэффициент усиления уменьшается вследствие шунтирующего действия паразитных ёмкостей транзистора и монтажа. На рис.3.3.1б показаны:

f_Н – нижняя граничная частота, ниже которой напряжение на выходе снижается более чем в √2 раз;

f_В – верхняя граничная частота, выше которой напряжение также снижается более чем в √2 раз;

Df – рабочий диапазон частот или полоса пропускания усилителя.

Рис. 3.3.1

Принципиальная схема исследуемой установки изображена на рис.3.32.2. Двухкаскадный усилитель состоит из миниблока «Усилительный каскад с общим эмиттером» и эмиттерного повторителя, собранного на транзисторе. Разделительный конденсатор С_разд1, встроенный в миниблок на входе усилителя, позволяет избежать влияния сопротивления источника сигналов на положение точки покоя транзистора, которая задаётся делителем R1, R3. Сопротивление на входе R2 служит для ограничения входного тока и вместе с шунтирующим конденсатором С2 – для подавления высокочастотных самовозбуждений. Резистор R5 образует отрицательную обратную связь для уменьшения коэффициента усиления и повышения температурной стабильности усилителя. Конденсатор С_ОС, устанавливаемый снаружи миниблока, позволяет исключить отрицательную обратную связь для переменного напряжения и тем самым увеличить коэффициент усиления. При этом отрицательная обратная связь сохраняется для постоянного и низкочастотного сигналов. Разделительный конденсатор С_разд2 на выходе второго каскада усилителя служит для выделения переменного сигнала на нагрузке R_Н. Конденсатор 10 мкФ в контрольной точке КТ2 служит для выделения переменной составляющей для измерения.

Рис. 3.3.2

Для наблюдения формы входного и выходного сигналов в схему включён осциллограф, а для измерений служит миниблок «Измерительный преобразователь» («ИП»). Постоянное напряжение на его выходе равно действующему значению синусоидального напряжения на входе. (Непосредственное измерение синусоидального напряжения мультиметром в данной работе невозможно, так как его частотный диапазон ограничен от 40 до 400 Гц).К миниблоку «ИП» необходимо подвести питание +15 и – 15 В, а также подсоединить к нему общую точку источника 0. В ходе работы входной зажим «ИП» подключается в контрольным точкам КТ1, КТ2, КТ3, а вольтметр постоянного напряжения всегда остаётся подключённым к выходным зажимам «ИП».

Экспериментальная часть

Задание

Снять экспериментально основные параметры и характеристики двухкаскадного транзисторного усилителя (коэффициент усиления, амплитудная и амплитудно-частотная характеристика), исследовать влияние на них отрицательной обратной связи.