Министерство транспорта Российской Федерации

Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Омский государственный университет путей сообщения

Кафедра «Система Передачи Информации»

ИЗУЧЕНИЕ СХЕМЫ ТРАНЗИСТОРНОГО УСИЛИТЕЛЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ СХЕМЫ НА ЕГО РАБОТОСПОСОБНОСТЬ

Отчет по лабораторной работе №2 по дисциплине «Основы теории надежности»

Студент гр. 20в

__________Е.В. Синенко

(подпись)

Руководитель кафедры «СПИ»

___________Е.Ю. Копытов

(подпись)

Омск 2012

Цель работы: изучение назначения элементов схемы усилителя, снятие зависимостей коэффициента усиления от номиналов резистора R1, конденсатора C3 и частоты входного сигнала f_c.

Краткие сведения из теории

В однокаскадном усилителе, изображенном на рис. 1, резисторы R2, R3, R4 и конденсатор С1, С2 заданы. Необходимо подобрать элементы R1 и Сэ такими, чтобы транзистор работал в режиме усиления, т.е. не выходя в области насыщения или отсечки, и максимально усиливал входной сигнал, не искажая его форму. И, наконец, убедиться в том, что заданная частота входного сигнала лежит в полосе пропускания усилителя ∆f. Транзисторный усилитель сохраняет работоспособность и имеет стабильные свойства лишь в том случае, если ток покоя выходной цепи I_к0 не выходит за определенные пределы. Он зависит от типа выбранного транзистора (и даже от экземпляра одного типа вследствие различия статических характеристик) и от температуры окружающей среды.

Повышение температуры вызывает изменение постоянных составляющих токов и напряжений, смещение положения рабочей точки, изменение усиления и т.п. От температуры сильно зависит начальный ток коллектора I_кн (ток коллектора при отсутствии тока эмиттера), который с повышением температуры изменяется по экспоненциальному закону и у кремниевых транзисторов увеличивается примерно втрое на каждые 10 °С.

Напряжение смещения база-эмиттер U_бэ0, необходимое для получения заданного тока покоя, зависит от температуры, так как входная статическая характеристика транзистора изменяет свое положение при изменении температуры. Для кремниевых транзисторов она сдвигается влево на 2 ‒ 2,5 мВ при повышении температуры на 1 °С.

В усилительных каскадах, работающих в режиме А, где транзистор включен с общим эмиттером, для температурной стабилизации рабочей точки отрицательной обратной связью по постоянному току применяют эмиттерную стабилизацию.

В изучаемой схеме усилителя положение рабочей точки задается делителем напряжения R1, R2, а температурная стабилизация создается резистором R4, включенным в цепь эмиттера. Напряжение смещения U_бэ0 определяется разностью напряжений на резисторах R2 и R4: U_бэ0 = U_R2 ‒ U_R4.

Рисунок 1 – Схема усилителя

Резистор R1 ограничивает напряжение от источника питания для получения необходимого напряжения на резисторе R2. Изменяя сопротивление резистора R1 при неизменных напряжении источника питания и R4, можно изменять напряжение U_бэ0, а следовательно, положение рабочей точки на входной и выходной характеристиках транзистора.

Наблюдая с помощью осциллографа за изменением напряжения сигнала на нагрузочном резисторе R3 (при изменении сопротивления на R1) и построив график зависимости К_у = f1(R1), обнаруживаем диапазон изменений R1, в котором происходит усиление (между отсечкой и насыщением). Остается только выбрать такое значение R1, при котором происходит максимальное усиление без искажения формы выходного сигнала (т. Е. режим А).

Так как каскады соединяются с помощью разделительных конденсаторов (С1, С3), то они не связаны друг с другом по постоянному току и в усилителе не наблюдается дрейф напряжения начального уровня на выходе. Кроме того, при наличии разделительных конденсаторов в усилителе не повышается постоянный потенциал от входа к выходу, что характерно для усилителей с непосредственными связями между собой. Но емкость разделительного конденсатора должна быть большой.

Конденсатор С2 в цепи эмиттера создает частотно-зависимую отрицательную обратную связь (ООС) по переменной составляющей и, если подобрать его емкость такой, чтобы емкостное сопротивление С2 стало намного меньше сопротивления резистора R2 на частоте входного сигнала, то влияние ООС на коэффициент усиления устраняется, на выходе усилителя получаем максимальный коэффициент усиления.

Практическая часть

1. Открыл схему усилителя, с которой работал в предыдущей лабораторной работе.

2. Заменил идеальный транзистор на КТ315В.

3. В схеме переменный резистор R1 имеет максимальное сопротивление 9 кОм, а переменный конденсатор Сэ – максимальную емкость 1 мкФ. Изменяя значение R1 от 10 до 100 % от заданного значения, снял зависимость К_У = f₁(R1). Результаты оформил в виде таблицы 1 и построил график этой зависимости, который представлен на рис.2. Выбрал номинальное сопротивление резистора из его значений вблизи максимума коэффициента усиления , не попадая в область насыщения. Переменный резистор R1 заменил постоянным.

Таблица 1- Зависимость К_у = f₁(R1)

R1 (кОм)	0,9	1,8	2,7	3,6	4,5	5,4	6,3	7,2	8,1
Ку	0,261			96,3	82,3		57,4	47,2	38,4	30,8

Рисунок 2- График зависимости К_у = f₁(R1).

4. Изменяя емкость конденсатора Сэ от 10 до 100 % от заданного значения, снял зависимость Ку = f₂(Cэ). Составил таблицу и построил график.

Таблица2- Зависимость К_у = f₂(Сэ)

Cэ(мкФ)	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9
Ку	102,3	108,6	110,7	111,7	112,4	112,8	113,1	113,3	113,5	113,6

Рисунок 3- График зависимости К_у = f₂(Сэ).

Выбрал такую емкость конденсатора, при которой коэффициент усиления максимален и далее не изменяется. Заменил переменный конденсатор на постоянный с выбранной емкостью (Сэ=1мкФ).

5. Снял амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) усилителя, изменяя частоту входного сигнала от 20 кГц до значения, при котором коэффициент усиления перестает увеличиваться и начнет уменьшаться. Составил таблицу и построил график.

Таблица2- Зависимость К_у = f₃(f)

f, (MГц)	0,02	0,3	0,5	0,8
Ку	2,75	39,8	62,2	87,6	99,5	134,7	137,9	136,9	132,7	34,7

Рисунок 3- График зависимости К_у = f₃(f).

На уровне 0,7 от максимального постоянного значения коэффициента усиления по построенному графику определил нижнюю частоту пропускания усилителя f_н.

6. Убедился, что заданная частота входного сигнала больше f_н, т.е. лежит в полосе пропускания усилителя.

8. Сохранил схему усилителя для следующей лабораторной работы.

Контрольные вопросы

1) От чего зависит работоспособность усилителя?

Работоспособность усилителя в схеме с ОЭ сильно зависит от частоты и температуры окружающей среды. С повышением частоты, усиление в схеме с ОЭ снижается в значительно большей степени, нежели в схеме с ОБ. С повышением температуры растет обратный ток n-p-перехода т.е. начальный ток коллектора транзистора. Усиление резко уменьшиться и работа усилительного каскада будет происходить с большими нелинейными искажениями.

2) Перечислить назначение каждого элемента схемы.

R1, R2 – делители напряжения

R3 – резистор цепи коллектора (нагрузочный резистор)

R4 – создаёт отрицательно-обратную связь (температурный стабилизатор)

С1, С2 – разделительные конденсаторы

Сэ - создает частотно-зависимую отрицательную обратную связь (ООС).

3) Какой резистор более надежен – постоянный или переменный?

Наиболее надежен постоянный резистор.

4) Какую роль в схеме играет транзистор?

Транзистор усиливает входной сигнал.

Дата добавления: 2015-08-29