Исследование схем усилителей на транзисторах: Методическое указание к лабораторной работе по курсам «Электронные приборы» и «Электроника»

         Петербургский государственный университет путей сообщения

Кафедра «Радиотехника»                                                                    

В.К. Фунзавя

                                                             № 15  

Исследование схем усилителей на транзисторах

Методическое указание к лабораторной работе по курсам: «Электронные приборы» и «Электроника»

С-Петербург – 2003г

Методическое указание позволяет выполнить лабораторную работу и на лабораторном стенде и на ПК при помощи пакета программ Workbench 5.0.

1.  Цель работы.

Целью работы является определение основных свойств усилителей напряжения низкой частоты на транзисторах, включенных по схемам с общим эмиттером, с общей базой и с общим коллектором.

2.Краткие сведения из теории.

Усилителем называется электронное устройство, предназначенное для усиления мощности входного сигнала.

Простейшим усилителем является усилительный каскад, содержащий нелинейный управляемый элемент УЭ, как правило, биполярный или полевой транзистор, резистор R и источник электрической энергии Е_к (рис.1).

Структурная схема усилительного каскада.

Рисунок 1

Усилительный каскад имеет входную цепь, к которой подводится входное напряжение U_вх (усиливаемый сигнал), и выходную цепь для получения выходного усиленного напряжения U_вых. Усиленный сигнал имеет значительно большую мощность по сравнению с входным сигналом. Увеличение мощности сигнала происходит за счет источника электрической энергии Е_к. Процесс усиления осуществляется посредством изменения сопротивления нелинейного управляемого элемента УЭ, а следовательно, и тока в выходной цепи, под действием входного напряжения или тока. Выходное напряжение снимается с управляемого элемента УЭ или резистора R. Таким образом, усиление основано на преобразовании электрической энергии источника постоянной э.д.с. Е_к в энергию выходного напряжения за счет изменения сопротивления УЭ по закону, задаваемому входным напряжением.

Основными параметрами усилителя являются:

-  коэффициент усиления по току К_i ;

-  коэффициент усиления по напряжению К_u;

-  коэффициент усиления по мощности К_p;

-  входное сопротивление усилителя R_вх;

-  выходное сопротивление усилителя R_вых;

По способу включения управляемого элемента различают три основные схемы усилителей: усилитель с общим эмиттером (усилитель ОЭ), усилитель с общей базой (усилительОБ) и усилитель с общим коллектором (усилитель ОК). Характерной особенностью каждого из них является то, что один электрод транзистора является общим для входной и выходной цепей.

Усилитель с общим эмиттером.

Усилитель ОЭ является наиболее распространенным. В этом усилителе эмиттер является общим электродом для входной и выходной цепей, а резистор R_к , с помощью которого создается выходное напряжение, включается в коллекторную цепь транзистора (рис. 2).

Схема усилителя с общим эмиттером.

Рисунок 2

Резистор R_б , включенный в цепь базы, обеспечивает положение рабочей точки на нагрузочной характеристике усилителя в режиме покоя, т.е. в отсутствии входного сигнала.

В данной лабораторной работе исследуются линейные электронные усилители, служащие для усиления входных сигналов без изменения их формы. Это можно обеспечить если рабочая точка будет находится на середине нагрузочной характеристики усилителя.

Усилитель с общей базой.

Рисунок 3

В этой схеме ток смещения базы в режиме покоя, обеспечивающий работу усилителя на линейном участке нагрузочной характеристики, служит резистор R_б . Конденсатор С_б имеет на частоте усиливаемого напряжения незначительное сопротивление, поэтому можно считать, что по переменной составляющей тока входной цепи, база соединена с общей точкой выходной цепи. Входное напряжение U_вх подается между эмиттером и базой, а выходное напряжение U_вых снимается между коллектором и базой. Нагрузочный резистор R_к включен в цепь коллектора.

Усилитель ОБ имеет примерно такой же коэффициент усиления по напряжению К_u , как и в схеме усилителя ОЭ, но коэффициент усиления по току К_i у него меньше единицы, так как выходным током I_вых является коллекторный ток I_к ,а входным током I_вх  - ток эмиттера I_э , который больше тока коллектора на величину тока базы I_б . Таким образом, коэффициент усиления по мощности К_р = К_i К_u  усилителя ОБ значительно меньше, чем у усилителя ОЭ. Другим недостатком усилителя ОБ является малое входное сопротивление R_вх .

Усилитель с общим коллектором.

Схема усилителя ОК

Рисунок 4.

В этом усилителе нагрузочный резистор R_э , с которого снимается выходное напряжение, включен в цепь эмиттера, а коллектор по переменной составляющей тока и напряжения через конденсатор большой емкости С₂ соединен с общей точкой усилителя. Таким образом, входное напряжение подается между базой и коллектором, а выходное напряжение снимается между эмиттером и коллектором с нагрузочного резистора R_э. Следовательно, коллекторный вывод является общим для входной и выходной цепей. Резистор R_б создает начальный ток смещения в цепи базы в режиме покоя. Его значение выбирают таким, чтобы рабочая точка в режиме покоя находилась примерно по середине нагрузочной характеристики усилителя.

Усилитель ОК обеспечивает максимальное усиление тока по сравнению с усилителями ОЭ и ОБ.

Напряжение выходной цепи U_вых =  U_эк меньше входного напряжения U_{вх =} U_бк на величину падения напряжения на открытом эмиттерном переходе. Поэтому в усилителях ОК коэффициент усиления по напряжению К_u меньше единицы.

Достоинством усилителя ОК является большое входное сопротивление R_вх и низкое выходное R_вых сопротивление. Это позволяет использовать усилитель ОК для согласования низкого выходного сопротивления предыдущего усилителя с сопротивлением потребителя.