Усилительные свойства транзистора и элементы аналоговой интегральной схемотехники

Санкт-Петербургский Государственный Политехнический Университет

РАДИОФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

Лабораторная работа №:10

Усилительные свойства транзистора и элементы аналоговой интегральной схемотехники.

·  Цель работы:

Выявить сходные и отличительные черты БТ И ПТ и особенности их использования в усилительных устройствах

·  Объекты исследования:

Биполярные и полевые транзисторы.

Группа: 2094/1

Работу выполнили:  Середкин А.,

     Андросенко Т.

Преподаватель:       Зайцев Э.Ф.

                                                                               Отчет принят:

2008

Часть I

Семейства ВАХ БТ и простейшие каскады усиления на БТ.

1. Измерение малосигнальных Y-параметров БТ.

1.1  Схема измерения параметров y₁₁ и y₂₁:

RL=100 Ом, R3’=100 Ом, Rб=1 кОм.

1.2  Измерение малосигнальных параметров y₁₁ и y_21.

Измерение малосигнальных параметров проводилось при подаче на вход транзистора гармонического колебания на частоте 2-3 кГц, при этом емкость Сбл надежно блокировала по переменному току эмиттерную цепь. Для нахождения y₁₁ и y₂₁ измерили амплитуды U0, U1, U2 напряжений ~u0, ~u1, ~u2, соблюдая условия малости сигнала .

y₁₁===1.8*10^{-3 См}

y₂₁== =0,092 См

1.3 Схема для измерения y₂₂.

1.3  Измерение y₂₂:

Rб=1 кОм обеспечивает замыкание цепи базы по постоянному току. В цепь эмиттера включен измерительный резистор Rэ, значение которого мы выбрали 100 Ом. Измерение проводилось для заданной рабочее точки( Uк=5 В, Iк=4 мА) при подаче на транзистор колебания с амплитудой 2-3 В. Параметр y₂₂ находили по результатам измерения амплитуд напряжений ~u2 и ~u3:

y₂₂===0,085*10^-3

1.4  Схема для измерения y_12:

1.5  Измерение y₁₂:

Измерение проводилось аналогично предыдущему. Измерительный резистор Rб=150 Ом включен в цепь базы.

y₁₂== =3,33*10^{-7 См}

1.6  Оценка y-параметров.

H₂₁=50 U_T=25.5 мВ U_Y=140 В

Теоретические	Экспериментальные
=3.1*10-3 См =0.15 См -5.7*10-7 См 0,028*10-3 См	y11=1.8*10-3  См y21=0,092 См y12=3,33*10-7 См y22=0,085*10-3

2. Измерение усилительных параметров простейших каскадов на биполярных транзисторах.

2.1  Схема усилительного каскада с общим эмиттером(См п. 1.1)

2.2  Измерение коэффициентов усиления напряжения, тока и мощности, входного сопротивления.

Измерения проводились при подаче на вход усилителя гармонического колебания на частоте 2-3 кГц.

60

48

K_P=|K_U|*K_I=2880

=2*10^-3*1000/=500 Ом

2.3  Теоретический расчет коэффициентов усиления напряжения, тока и мощности, входного сопротивления.

K_U=y₂₁*R_L=0,1*390=39

K_I=h₂₁=50

K_P=|K_U|*K_I=1950 32.9 дБ

500

2.4  Амплитудная характеристика усилителя по схеме с общим эмиттером.

U1, мВ	U2, мВ
1	10
1,7	16,5
2,4	23
3,2	32
4,2	38
4,8	44
5,4	48

Измерения проводились на той же частоте. Форма выходных колебаний контролировалась осциллографом. Амплитуда U₁ входного напряжения изменялась от значений, при которых наблюдалось заметные искажения синусоиды на выходе усилителя, до уровня слабого сигнала.

Амплитудная характеристика усилителя по схеме с общим эмиттером.

2.5  Усилительный каскад с общим коллектором.

2.6   Измерение коэффициентов усиления напряжения, тока и мощности, входного сопротивления.

0,95

=14,1

K_P=|K_U|*K_I=13,4 11.2 дБ

=11.5*10^-3*1000/()=5750 Ом

2.7  Амплитудная характеристика U₂=f(U₁) усилителя с общим коллектором.

U1, мВ	U2, мВ
0.8	0.8
1.4	1.4
2.2	2
2.8	2.6
3.4	3.1
4	3.6
4.8	4.4
5.5	5

Амплитудная характеристика U₂=f(U₁) усилителя с общим коллектором

2.8  Измерение выходного сопротивления усилителя с ОК

Выходное сопротивление находилось по результатам измерения выходных напряжений u₂’ и u₂”, соответствующих различным значениям сопротивлений нагрузки R_L’=51 Ом, R_L”= 20 Ом. При этих опытах амплитуду U₁ напряжения ~u₁ поддерживалась на одном уровне (10-20 мВ), а сопротивление R_Б=0.

14,6 Ом

2.9  Теоретический расчет коэффициентов усиления напряжения, тока и мощности, входного и выходного сопротивления.

K’_U=-S*R_L=-0,1*390=-39

0,975

K_I=1+h₂₁=1+50=51

K_P=* K_I=49,7 16,9 дБ

R_ВХ=20 кОм

R_ВЫХ~1/S=10 Ом

Теоретические	Экспериментальные
KU=0,975 KI=51 KP=49,7 16,9 дБ RВХ=20 кОм RВЫХ=10 Ом	KU=0.95 KI=14.1 KP=13,4 11.2 дБ RВХ=5750 Ом RВЫХ=14,6 Ом

Часть II.

Семейства ВАХ характеристик полевых транзисторов. Простейшие каскады усиления на полевых транзисторах. Исследование дифференциальных усилителей.

1. Измерение малосигнальных  Y параметров Полевых транзисторов.

1.1  Измерение параметра y₂₁=S.

Измерение малосигнального параметра y₂₁ проводилось при подаче на вход транзистора гармонического колебания на частоте 2-3 кГц, при этом емкость С_БЛ надежно блокировала по переменному току цепь истока. Нагрузочный резистор R_L=100 Ом обеспечивал режим, близкий к короткому замыканию выхода для любого варианта рабочего тока транзистора.

y₂₁===4,2*10^-3

1.2  Измерение параметра y₂₂.

y₂₂4,5*10^-5

2. Измерение усилительных параметров простейших транзиторных каскадов на полевых транзисторах.

2.1  Усилительный каскад с общим истоком(Схему см. п.1.1 измерение y₂₁ ПТ)

2.2  Измерение Коэффициента усиления напряжения.

=0,42

2.3  Расчет Коэффициента усиления напряжения по формуле.

=0,42

2.4  Амплитудная характеристика U₂=f(U₁) усилителя с ОИ.

U1, B	U2, В
1,6	1,5
1,3	1,45
1	1,3
0,72	1,12
0,6	0,92
0,5	0,8
0,4	0,65
0,3	0,49

2.5  Усилительный каскад с общим стоком.

2.6  Измерение коэффициента усиления напряжения и выходного сопротивления.

K_U=U₂/U₁=0.19/0.3=0.63

R_ВЫХ=218 Ом

2.7  Расчет коэффициента усиления напряжения и выходного сопротивления по формулам.

K’_U=-S*R_L=4,2*10^-3*100=0.42

K_U=0.42/1.42=0.3

R_ВЫХ~1/S=238 Ом

2.8  Сравнение расчетных и измеренных характеристик для усилителей с общим стоком и общим истоком

Схема с общим стоком		Схема с общим истоком
Экспериментальные	Теоретические	Экспериментальные	Теоретические
KU=0.63 RВЫХ=218 Ом	KU=0.3 RВЫХ=238 Ом	KU=0,42	KU=0,42

2.9  Амплитудная характеристика U₂=f(U₁) усилителя с ОС.

U1, B	U2, В
2,30	1,25
1,6	1,05
1,5	0,91
1,3	0,8
1,1	0,66

3. Исследование дифференциального усилителя при различных способах подачи входного и съема выходного сигналов.

3.1  Дифференциальный каскад на биполярных транзисторах.

3.2  Измерение дифференциального и плечевого коэффициента усиления в режиме подачи сигнала на один вход.

|К_Д|=(U’₂+U”₂)/U₁=(0.32+0.32)/16*10^-3=40

|К_П1|=U’₂/U₁=20

|К_П2|=U”₂/U₁=20

3.3  Теоретический расчет дифференциального и плечевого усилителя.

К_Д=y₂₁*R_L=0,1*390=39

К_П=К_Д/2=19,5

3.4  Измерение дифференциального коэффициента усиления и коэффициента подавления синфазной помехи в режимах противофазного и, соответственно, синфазного возбуждения входов. Вычисление коэффициента ослабления синфазного сигнала.

К_Д=35

К_СФ=0,625

КООС=20lg| К_Д/ К_СФ|=34,9 дБ

Вывод:

В ходе выполнения работы были исследованы усилительные свойства биполярных транзисторов. Нами была выбрана рабочая точка (I_К=4мА;U_К=5В). 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. 1.6 и 2.9). Были сняты амплитудные характеристики усилителей и найдены границы областей на которых не наблюдается искажения выходного гармонического сигнала 

Сравнивая результаты измерений характеристик усилителей на БТ 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.