Исследование усилительного каскада, собранного на полевом транзисторе с p-n затвором и каналом n-типа, собранного по схеме с общим истоком.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ВЯТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Факультет автоматики и вычислительной техники

Кафедра автоматики и телемеханики

ОТЧЁТ ПО

ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ

по дисциплине "Электротехника и электроника"

ИССЛЕДОВАНИЕ СХЕМ НА ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРАХ

Выполнили студенты гр. ИСУ-21:

Родионов К.В.

Киселёв А.М.

Слобожанинов А.А.

Киров 2011

Цель работы: экспериментальное исследование и анализ: показателей однокаскадных усилителей, выполненных на полевых транзисторах с р-n – затвором и каналом n-типа по схемам с общим истоком и по схеме с общим стоком (истокового повторителя).

Задание на выполнение лабораторной работы:

1. Исследовать работу усилительного каскада с общим истоком на полевом транзисторе.

2. Исследовать работу усилительного каскада с общим стоком на полевом транзисторе.

Ход работы:

Исследование усилительного каскада, собранного на полевом транзисторе с p-n затвором и каналом n-типа, собранного по схеме с общим истоком.

Принципиальная электрическая схема испытаний изображена на рисунке 1.

Рис. 1. Принципиальная электрическая схема установки

В этой схеме:

PV1 – измеряет напряжение на затворе U_зи;

PV2 – напряжение на стоке U_с;

PA1 – ток стока I_с.

Расчет резистора R4 при Uзио=1,52 В, Iсо=1,1 мА:

R4=U/R=1.52/1.1*10^-3=1382 Ом

Номинал резистора: R4=1000 Ом

Рассчитанное значение и номинал отличаются незначительно.

При замене резистора R4 на R5 Uзио уменьшилось до 1,43 В.

Результаты замены резистора R3 на R2 и R6:

Резистор	Uзио, В	Uсио, В	Iсо, мА
R2	-0,188	7,948	0,2
R6	-1,349	2,158

Включаем в цепь стока R2. Подаем на вход усилителя импульсы прямоугольной формы.

Графические изображения входного и выходного сигналов изображены на рисунке 2 (а – входной, б - выходной).

а) б)

Рис. 2. Входной и выходной сигналы.

Полярность выходных импульсов изменилась по сравнению с входными на противоположную:

U_вхm=0,6 В; U_вх=–0,2В, т.е. входной импульс имеет отрицательную полярность.

U_выхm=0,8 В; U_вых=0,13В, т.е. выходной импульс имеет положительную полярность.

Таким образом усилительный каскад, собранный на полевом транзисторе с р-n - затвором и каналом n - типа по схеме с общим истоком, является фазопереворачивающим.

Рис.3. Фронт выходного сигнала

По фронту выходного сигнала (рис.3) определяем t_фр=0,7мкс (длительность фронта оценивается временем изменения U_вых от 0,1U_m до 0,9U_m).

DU=U_m–U_k=0,95–0,75=0,2 B

Вычисление верхнего граничного значения рабочего диапазона частот:

Гц

Вычисление нижнего граничного значения рабочего диапазона частот:

Гц

Изменение амплитуды выходных импульсов при разных резисторах в цепи стока:

Резистор	Um вых,В
R3	0,72
R2	0,52
R6	0,48

Изменение амплитуды выходного сигнала при различных номиналах сопротивления нагрузки:

Резистор	Um вых,В
R7	0,52
R8	2,25
R9	1,5

Осциллограммы выходных сигналов при разных сопротивлениях нагрузки отличаются только по амплитуде, поэтому приведена только одна осциллограмма, изображенная на рисунке 4.

Рис. 4. Осциллограмма выходного сигнала для R7 (0,2 В/дел)

Подаем на вход усилителя гармонический синусоидальный сигнал. Наблюдаем за формой выходного сигнала, изменяя амплитуду входного. При увеличении амплитуды входного сигнала происходит искажение формы выходного сигнала.

График зависимости U_вых =f(U_вх) представлен на рисунке 5.

Uвх, В		0,02	0,03	0,09	0,13	0,18	0,26	0,34	0,44	0,62
Uвых, В	0,03	0,03	0,04	0,12	0,21	0,24	0,41	0,51	0,64	0,84

Рис. 5. График зависимости U_вых = f(U_вх)

Расчет коэффициента усиления по напряжению и динамического диапазона:

U_{вх max}=0,62 В

U_{вых max}=0,84 В

U_{вх min}=0,02 В

K_U=U_{вых max}/U_{вх max} =0,84/0,62=1,35

D_{U ВХ} =U_{вх max}/U_{вх min}=0,62/0,02=31

С помощью ручки потенциометра U_mвх получаем эпюры выходного напряжения с максимальной амплитудой и минимальными искажениями формы сигнала. Измеряем амплитуду входного и выходного напряжения и рассчитываем коэффициент усиления:

U_mвых=0,5 В

U_mвх=0,28 В

K_U=U_mвых/U_mвх=0,5/0,28=1,7857

S=2 мА

r_i=8000 Ом

R_c=R3=1 кОм

Значения, рассчитанные по практическим и теоретическим данным, отличаются незначительно.

Определяем сопротивление источника входного сигнала:

e_г=1,1 В;

R_H=R7=1 кОм;

U_Rн=0,2 В

=>

Ом

Используя режим холостого хода и работы на нагрузке, косвенным образом определяем R_ВХ и R_ВЫХ:

=> кОм

=> Ом

2. Исследование усилительного каскада, собранного на полевом транзисторе с p-n затвором и каналом n-типа по схеме по с общим стоком – истокового повторителя.

Принципиальная электрическая схема испытаний изображена на рисунке 6.

Рис. 6. Принципиальная электрическая схема установки

Подаем на вход усилителя импульсы прямоугольной формы.

Графические изображения входного и выходного сигналов изображены на рисунке 7 (а – входной, б - выходной).

а) б)

Рис. 7. Входной и выходной сигналы.

U_вхm=0,1 В; U_вх=-0,05В, т.е. входной импульс имеет отрицательную полярность.

U_выхm=0,075 В; U_вых=-0,02В, т.е. выходной импульс имеет отрицательную полярность.

Таким образом усилительный каскад, собранный на полевом транзисторе с р-n затвором и каналом n - типа по схеме с общим стоком, не является фазопереворачивающим.

Рис. 8. Фронт выходного сигнала

По фронту выходного сигнала (рис.8) определяем t_фр=0,3мкс (длительность фронта оценивается временем изменения U_вых от 0,1U_m до 0,9U_m).

DU=U_m–U_k=0,01 B

Вычисление верхнего граничного значения рабочего диапазона частот:

Гц

Вычисление нижнего граничного значения рабочего диапазона частот:

Гц

Подаем на вход усилителя гармонический синусоидальный сигнал. Наблюдаем за формой выходного сигнала, изменяя амплитуду входного.

График зависимости U_{вых m}=f(U_{вх m}) представлен на рисунке 9.

Uвх m, В	0,04	0,04	0,12	0,21	0,34	0,48	0,59
Uвых m, В		0,02	0,07	0,13	0,2	0,3	0,38

Рис. 9. График зависимости U_{вых m}=f(U_{вх m})

Расчет коэффициента усиления по напряжению и динамического диапазона:

U_{вх max}=0,59 В

U_{вых max}=0,38 В

U_{вх min}=0,04 В

K_U=U_{вых max}/U_{вх max} =0,38/0,59=0,64

D_{U ВХ} =U_{вх max}/U_{вх min}=0,59/0,04=14,75

С помощью ручки потенциометра U_mвх получаем эпюры выходного напряжения с максимальной амплитудой и минимальными искажениями формы сигнала. Измеряем амплитуду входного и выходного напряжения и рассчитываем коэффициент усиления:

U_{m вых}=0,38 В

U_{m вх}=0,44 В

K_U=U_{m вых}/U_{m вх}=0,38/0,44=0,86

m=16

r_i=8000 Ом

R₀=R₄||R₇=500 Ом

Значения, рассчитанные по практическим и теоретическим данным, отличаются незначительно.

При изменении номиналов резисторов в цепи истока изменение формы выходного сигнала не обнаружено.

Результаты изменения номиналов нагрузочных резисторов:

с R7 на R8 – амплитуда выходного сигнала увеличилась;

с R8 на R9 – амплитуда уменьшилась.

Определяем сопротивление источника входного сигнала:

e_г=0,675 В;

R_H=R7=1 кОм;

U_Rн=0,05 В

=>

Ом

Используя режим холостого хода и работы на нагрузке, косвенным образом определяем R_ВХ и R_ВЫХ:

=> кОм

=> Ом

Выводы:

Каскад с общим истоком является фазопереворачивающим, так как выходной сигнал снимается со стока полевого транзистора, а сопротивление полевого транзистора обратно пропорционально напряжению на его затворе. Входное сопротивление каскада много больше выходного, что позволяет использовать его в качестве согласующего, или усилителя напряжения малой амплитуды. Выходное напряжение каскада уменьшается с уменьшением нагрузки, что говорит о наличии внутреннего выходного сопротивления каскада.

Истоковый повторитель не инвертирует входной сигнал. Если приложить к входу истокового повторителя увеличивающееся по уровню напряжение, то это приведет к увеличению тока истока транзистора и соответствующему увеличению его выходного напряжения. Коэффициент такого усилительного каскада не превышает 1.

Дата добавления: 2015-07-08