Семейства вах биполярных транзисторов и простейшие каскады усиления на биполярных транзисторах

1.  ВЫБОР РАБОЧЕЙ ТОЧКИ

1.1

Выбрана рабочая точка со следующими значениями:

Iк=3мА

Uк=6В

Параметры некоторых элементов установки:

R₁=3,3 кОм

R₂=1,0 кОм

R₃'=100 Ом

Uу=140В

h₂₁=50

2.  ИССЛЕДОВАНИЕ СТАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК БТ С ПОМОЩЬЮ ХАРАКТЕРИОГРАФА

2.1, 2.2, 2.3 - пункты не выполнялись по указанию преподавателя

3.  ИЗМЕРЕНИЕ МАЛОСИГНАЛЬНЫХ Y-ПАРАМЕТРОВ БТ

3.1. Измерение малосигнальных параметров Y₁₁ и Y₂₁

Рабочая точка установлена (Iк==3мА, Uк==6В)

Схема измерения:

Параметры элементов:

R_L=100 Ом

R_Б=1 кОм

C_бл=200 мкФ

Результаты измерений:

U_0~=13,5 мВ

U_1~=6 мВ

U_2~=52 мВ

Y₁₁=(U_0~-U_1~)/(R_Б·U_1~)=

= (13,5- 6)/(1000·6) =

 =0,00125 = 1,25·10^-3 См

Y₂₁= U_2~/(R_L·U_1~) = =52/(100·6) = 0,087 См

Измерения во всех случаях

проводились на частоте 3 кГц

3.2. Измерение параметра Y₂₂

Схема измерений:

Параметры элементов:

R_Э=100 Ом

R_Б=1 кОм

Cбл1=200 мкФ

Сбл2=150 мкФ

Результаты измерений:

U_Г~=3 В

U₂~=1,44 В

U₃~=4,2 мВ

Y₂₂= U₃~/(R_Э·U_2~) = 0,0042/(100·1,44) = =0,0000292=2,92·10­^-5 См

3.3. Измерение параметра Y₁₂

Параметры элементов:

R_Б=150 Ом

Cбл=200 мкФ

Результаты измерений:

U_Г=3 В

U_1~=0,07 мВ

U_2~=2,19 В

Расчёт:

Y₁₂=U_1~/(RБ·U_2~)=0,00007/(150·2,19)= =0,000000213= 2,13·10^-7 См

3.4. Оценка параметров

Iк=3 мА, h₂₁=50, U_Y=140 В, U_Т=25,5 мВ

Y₁₁=Iк=/(h₂₁·U_Т)=0,003/(50·0,0255)=0,0023=2,3·10^-3 См

Y₁₂=-Iк=/(h₂₁·U_Y)=0,003/(50·140)=0,00000042=4,2·10^-7 См

Y₂₁=Iк=/U_Т=0,003/0,0255=0,118 См

Y₂₂=Iк=/U_Y=0,003/140=0,0000214=2,14·10^-5 См

Сводная таблица измерений

	Y11 См	-Y12 См	Y21 См	Y22 См
Измерение	1,25·10-3	2,13·10-7 См	0,087	2,92·10­-5
Оценка	2,3·10-3	4,2·10-7	0,118	2,14·10-5
табличное	10-3	2·10-3	0,1	2·10-5

4.  ИЗМЕРЕНИЕ УСИЛИТЕЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ПРОСТЕЙШИХ КАСКАДОВ НА БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ.

4.1  Оценка параметров

4.2  Измерение коэффициентов усиления напряжения, тока и мощности, о так же входного сопративления:

Схема измерений:

Параметры элементов:

R_L=620 Ом

R_Б=1 кОм

C_бл=200 мкФ

Результаты измерений:

U₀~=6 мВ

U₁~=2,4 мВ

U₂~=120 мВ

Расчеты:

           K_U= =120/2,4=50

             K_I= 120·1000:

:((6-2,4)·620)= 53,76

  

K_P= =50·53,76=2688

           R_ВХ=U_1~·R_Б/(U_0~-U_1~)= 2,4·1000/(6-2,4)≈667 Ом

4.3  Расчёт коэффициентов усиления, используя Y-параметры

K_U=-Y₂₁·R_L=-0,087·620=-53,94

K_I=h₂₁=50

K_P=|K_U|·K_I=53,94·50=2697

R_ВХ=1/Y₁₁=h₂₁/Y₂₁=50/0,087=575 Ом

4.4  Амплитудная характеристика усилителя с общим эмиттером (График 1)

4.5  Собрав усилительный каскад с общим коллектором, установили рабочую точку.

(Iк=3мА; Uк=6В)

4.6  Измерение коэффициентов усиления напряжения, тока и мощности, о так же

входного сопративления:

Параметры элементов:

Схема измерения:

Результаты измерений:

U_0~=9,3 мВ

U_1~=6 мВ

U_2~=5,9 мВ

Расчёты(используя формулы пункта 4.2):

K_U= 5,9·20000/((9,3-6)·620)≈0,98

K_I =5,9·20000/((9,3-6)·620)≈57,7

K_P =0,98·57,7≈56,5

R_ВХ =6·20000/(9,3-6)=36363,6≈36,3 кОм

4.7  Амплитудная характеристика усилителя с общим коллектором (График 2).

Искажения наблюдались при U_1~>1,5 В

4.8  Измерение выходного сопротивления усилителя с ОК.

R_L'=50 Ом, U_1~'=10 мВ, U_2~'=8,5 мВ

R_L''=20 Ом, U_1~''=10 мВ, U_2~''=6,5 мВ

R_ВЫХ=(U_2~'-U_2~'')/(U_2~''/R_L''-U_2~'/R_L')=(8,5-6,5)/(6,5/20-8,5/50)=12,9 Ом

4.9  Расчёт коэффициентов усиления, используя Y-параметры

K_U'=-Y₂₁/RL=-0,087·620=-53,94; KU=|KU'|/(1+|KU'|)=0,98

K_I=1+h₂₁=50+1=51

K_P=K_U·K_I=0,98·51≈50

R_ВХ=(1+|K_U'|)·h₂₁/Y₂₁=31575 Ом≈31,6 кОм

R_ВЫХ≈1/Y₂₁=1/0,087=11,49 Ом

4.10  Сводная таблица результатов измерений для усилителей с ОЭ и ОК

	Схема с ОЭ		Схема с ОК
	Измерено	Рассчитано	Измерено	Рассчитано
|Ku|	50	53,94	0,98	0,98
KI	53,76	50	57,7	51
KP	2688	2697	56,5	50
Rвх  кОм	0,667	0,575	36,3	31,6
Rвых Ом	—	—	12,6	11,49

Вывод: в ходе выполнения работы были исследованы усилительные свойства биполярных транзисторов. Нами была выбрана рабочая точка (Iк=3мА;Uк=6В). В этой точке нами были посчитаны малосигнальные параметры для обоих схем включения. При анализе усилительных каскадов С ОЭ и ОК были рассчитаны коэффициенты усиления по напряжению, току и мощности, о так же их входное и выходное сопротивления. Сравнительные результаты расчета и измерения этих величин приведены в таблицах (п. 3.4 и п. 4.10). Были сняты амплитудные характеристики усилителей и найдены границы областей на которых не наблюдается искажения выходного гармонического сигнала 

    Из таблицы пункта 4.10 можно сделать вывод о различии усилительных свойств схем с ОЭ и ОК, и как следствие применения их для решения различных задач. Так к примеру схема с ОК имеет большое входное сопротивления что может использоваться при согласовании, а схема с ОЭ дает сильное усиление по мощности.