Исследование усилительного каскада на биполярном транзисторе

Министерство образования Республики Беларусь БЕЛОРУССКИЙНАЦИОНАЛЬНЫЙТЕХНИЧЕСКИЙУНИВЕРСИТЕТ

Энергетический факультет

Кафедра «Электроника и электротехника»

Расчетно-графическаяработа

По дисциплине: “Электроника и ИИТ”

Исследование усилительного каскада на биполярном транзисторе

Разработала:                                          ЛагунН. А.                                                                                            гр.106223

Проверил:                                              БладыкоЮ. В.         

Минск-2005

Задание

1)  Исследование усилительного каскада на биполярном транзисторе. Разобрать решение задач 13.3 и 13.5. Обратить внимание на полярность источника.

2)  Исследование работы усилительного каскада (файл каскадБТ.ewb). Определить Iк, Iб, Iэ. Объяснить вид АЧХ по характериографу. Определить границы полосы пропускания (при К0/). Определить коэффициент усиления по напряжению Ku: а)по АЧХ при логарифмической и линейной вертикальной шкале (KuдБ=20*lg (Ku)); б) по осциллографу в развернутом виде, используя измерители; в) по показанию вольтметра (Ku=Uн/Uвх). Сравнить их. Определить коэффициент усиления по току Кi по показанию амперметров: Ki=Iн/Iвх. Определить коэффициент усиления по мощности Kp=Ku/Ki..

3)  Исследование режимов работы усилительного каскада с фиксированным током базы (файл каскад.ewb или каскад2.ewb ). Исследовать влияние R_к  на  Ku, Ki, Kp и форму выходного напряжения (для значений 25%, 50%, 100%R_к).

4)  Исследовать влияние R_б на Ku, Ki, Kp и на форму выходного напряжения (для значений 25%, 50%, 100%R_б).

5)  Исследовать влияние R_н на Ku, Ki, Kp (для значений 5%, 40%, 100%R_н;∞). Найти R_н, дающее Р_max.

6)  Исследовать влияние U_вх, f на Ku, Ki, Kp и на форму выходного напряжения. Построить АЧХ и амплитудную характеристику U_выхm(U_вхm).

7)  Термостабилизация усилительного каскада с фиксированным напряжением базы (файл усилитель.ewb). Исследовать влияние R_э на коэффициент усиления и на АЧХ (для значений 1; 10; 100 мкФ).

8)  Познакомиться со схемой лабораторной установки (файл Усил_л7.ewb).Обратить внимание на расчет коэффициента усиления на холостом ходу.

9)  Решить факультативные задачи 13.16-13.19, 13.22, 13.23.

Выполнение задания

1.Разбор решения задач 13.3 и 13.5.

Задача 13.3

На рис.13.3а  приведена схема усилительного каскада на транзисторе ГТ108А. Рассчитать сопротивления резисторов R₁, R₂, R_к, R_э, если Е_к=12 В; I_кп=5мА; U_кэп=5В; h₂₁=115; V_бэп=0.1В; I₁=5I_бп; R_э=0.1R_к.

Решение:

 В статическом режиме токи по элементам каскада протекают под действием  источника Е_к. На постоянном токе сопротивление конденсаторов   Х_с  равно бесконечности, что соответствует разрыву электрический цепи. Поэтому расчетная схема каскада принимает вид, показанный на рис.13.36.

По второмy закону Кирхгофа для контура Е_K, R_К, VT, R_Э

Е_K= R_К* I_к+ U_эк+ R_э* I_э.

Так как  h₂₁>>Т, то I_кI_э, поэтому

R_К+ R_э==

R_К=; R_э=0,13кОм

Для контура R2, VT, R_Э

R₂*I₁-U_ОБ-R_Э*I_Э=0; I_БП=

I₁=5I_Б=5*0,04=0,2мА; I_ЭЛI_КП;

R₂=

Из уравнения

Е_К= R₂*I₁+(I₁+I_БП)*R₁    

               R₁=

Задача   13.5

Для каскада на транзисторе ГТ108А (рис. 13.3а) начертить схему замещения в динамическом режиме и рассчитать динамические параметры, если

h₁₁= 0,7 кОм; h ₂₁-115; h₂₂= I70*I0 ^-6 Сm; R_к= 1,27 кОм; R₁= 47 кОм;R₂=3,75 кОм; R_н=5к0м.

Решение.

В динамическом режиме токи в схеме протекают под действием источника переменного сигнала    U_вх . Емкости конденсаторов каскада выбираются так, чтобы на частоте сигнала их сопротивления были малы и ими можно пренебречь.

Внутреннее сопротивление источника Е_K также приравнивается нулю, а поэтому вывод - Е_K  оказывается  соединен с общей точкой схемы (рис.13.5а).
Сопротивления   R₁  и   R₂ включены параллельно и их заменяем эквивалентным резистором     

R кОм.

Представляя транзистор схемой замещения с h -параметрами, получаем расчетную схему каскада в динамическом режиме (рис. 13.5б). Для данной схемы

R_вх= кОм;

R_вых= кОм;

i₆=;  U_вых=;

к_U= =; h₂₂^-1>>R_К// R_Н;

i_ВХ=; i_ВЫХ==; к_I==;

к_P= к_U* к_I=141_* 16.4=2312       

2.Исследование работы усилительного каскада(файл каскадБТ.ewb  ):

По показаниям амперметров определяем I_k=22,3 мА, I_б=42,75мА, I_э=22,52мА.

АЧХ:

АЧХ отражает изменение коэффициента усиления в зависимости от частоты. При увеличении частоты коэффициент усиления возрастает, после чего он достигает максимального значения.

Полоса пропускания:

Определяем коэффициент усиления по напряжению:

При определении К_U разными способами, его значения получились приблизительно равны.

Определяем коэффициент усиления по току:

Вычисляем коэффициент усиления по мощности:

.

3. Исследование режимов работы усилительного каскада с фиксированным током базы (файл каскад2.ewb) и влияния R_к  на  Ku, Ki, Kp и форму выходного напряжения (для значений 25%, 50%, 100%R_к).

 

4. Исследование влияния R_б на Ku, Ki, Kp и на форму выходного напряжения (для значений 25%, 50%, 100%R_б).

 

9.Решение факультативных задач:

Задача   13.16                                                                         

Для каскада на транзисторе ГТ1О8А, схема которого приведена на рис. 13.3, заданы     E_к= 10 В; U_KЭ=5 В; U_БЭ =0,15 В;  

R_к=900 0м;   R_Э =100 Ом;   h₂₁=100.

Рассчитать токи   I_K , I_Б   и сопротивление резисторов   R₁ и R₂ , если     I₁ = 5 I_Б .

Решение:

Т. к. h₂₁>>1, то I_КI_Э 

   I_К= мА;

 А;

I₁=5 I_Б= А;

Для контура R₂, VT, R_Э

                  Ом.

;   Ом.

За д а ч а   13.17

Для каскада, схема которого приведена на рис. 13.17, определить    R_К  и   R_Б, если Eк=12 В; U_БЭ=0,6 В; h₂₁=50; U_КЭ=4,5 В;

I_К=2.5 мА.

Решение:

 кОм;

 А;

  кОм.

За д а ч а   13.18

Для каскада, схема которого приведена на рис. 13.17, определить U_кэ , если  E_к=12 В;   U_БЭ=0,6 В; R_Б = 50 кОм; R_К =1 кОм; h₂₁=25.

Решение:

   А;

 А;

   В.

Задача   1З.19

В усилительном каскаде   рис. 13.19   E_к=10В: I_к = 2 мА; U_кэ=5B; U_БЭ=0,4 В; h₂₁=100.

Записать уравнeния по второму закону Кирхгофа для входной и выходной цепей в режиме покоя и определить R_К и R_Б.

Решение:

 мА;

 кОм;

                   кОм.

Задача   13.22.

Составить схему замещения каскада (рис. 13.17) и рассчитать его динамические параметры, если h₁₁=1 кОм; h₂₁=50; R_Б = 120 кОм;    R_К = 5 кОм, при трех значениях сопротивления нагрузки: R_Н1=0,5 кОм;  R_Н1=5 кОм;   R_Н1=15 кОм.

Как зависит режим работы каскада от сопротивления нагрузки? Параметрами  h₁₂ и h₂₂   транзистора пренебречь