Исследование однокаскадных транзисторных усилителей. Овладение методикой расчета и экспериментальное исследование основных параметров однокаскадных транзисторных усилителей

Санкт-Петербургский Государственный Политехнический Университет

Факультет Технической Кибернетики

Кафедра Автоматики и Вычислительной Техники

ОТЧЕТ

о лабораторной работе №5

          «Исследование однокаскадных транзисторных усилителей»__ _            

                                                 Электроника__      ____________________  __

                                       Работу выполнил студент    2081/2   

группа           Ф.И.О.

Преподаватель      

подпись           Ф.И.О.

Санкт-Петербург

2006г.

1. Цель работы.

Овладение методикой расчета и экспериментальное исследование основных параметров однокаскадных транзисторных усилителей, получение навыков настройки их режимов и снятия частотных характеристик усилителей.

2. Чертеж схемы исследуемого устройства ( рис. 2.1 ).

Рис. 2.1

3. Исходные данные. ( 5 вариант )

Тип транзистора: МП-26, , , , ,

С_р1=0,22 мкФ, С_р2=0,47 мкФ

Параметры транзистора и элементов цепи:

h_21э = 20, С_к = 50 пФ, f_h21э = 0,25 МГц

φт = 0.025, Uбэ = 0.6 В, rб = 160 Ом

4. Расчет элементов и параметров схемы.

1) Определим ток эмиттера транзистора:

Iэ = (Ео - UкэА)/αRк, где α = h_21э /(1+ h_21э)= 20/(1+20)=0,95

Iэ = (12-5)*21 /(20*2*10³) = 3,675*10^-3 A

2) Определим предварительное значение резистора R1:

R₁= h_21э * Rк *( Eo-Uбэ)/(Eo-Uкэа)

R₁=  20*(12-0,6)*2*10³/(12-5) = 65*10³ Ом

3) Найдем Ki0:

Кio = - h_21э *[ R₁/( R₁+ h_11э)]*[ R_k/( R_k+ R_н) ]

h_11э= r_б+r_э(h₂₁+1)

r_э= φ_т/Iэ, r_э= 25*10^-3/3,675*10^-3=6,8 Ом

h_11э= 160+6,8*(20+1) = 302,8 Ом

Кio = -20*65*1000/ (65*1000 + 302,8) * 2*1000/(2*1000+3,9*1000) = -6,7

4) Найдем Ku0:

Кu0 = -h_21э*Rк*Rн / h_11э*( Rк+Rн)

Кu0 = -20*2*3,9*1000000/ (302,8*5,9*1000) = -87,3

5) Найдем Rвх и примем Rвых = Rk:

Rвых ≈ Rк = 2 кОм

Rвх ≈ h_11э= 302,8 Ом    

Расчеты для построения теоретической амплитудно-частотной характеристики для однокаскадного транзисторного усилителя “с общим эмиттером”:

Ku(s) = Ku0/ [1+s(CкRн +τ_h21э)]

L(ω) =20lgKu0 – 10lg(1+ω^2*a^2), где

a=  CкRн +τ_h21э

τ_h21э = h_21э/2πf_h21  - постоянная времени

ω = 2πf

20lgKu0 = 38,51

τ_h21э = 20/(2*3,14*0,25*1000000) = 12,7*10^-6 c

CкRн = 50*10^-12*3,9*1000 = 0,195 *10^-6 c

a =  12,9*10^-6 c

fв = 1/2πа =1/( 2*3,14*12,9*10^-6 ) = 12344 Гц

τ_н1 = С_р1*Rвх = 0,22*10^-6*302,8 = 0,067*10^-3 с

τ_н2 = С_р2*Rн = 0,47*10^-6*3,9*1000 = 1833*10^-6 с

f_н1= 1/2πτ_н1 = 1/( 2*3,14*0,121*10^-3 ) =  2377 Гц

f_н2= 1/2πτ_н2 = 1/( 2*3,14*1833*10^-6 ) = 86,9 Гц

5. Примеры расчетов. Экспериментальные зависимости.

Исходные данные:

f = 5 кГц

Uкэ = 5,01 В

Uкэа = 5 В

R1 = 101 кОм

E0 = 12 В

h21 = (E0 – Uкэа)*R1 / (Rк*(E0 – Uбэ)) = (12 – 5)*101000 / (3900 * (10 – 0,6)) = 19,3

Кu0 ( теор. ) = -84,2

1) Амплитудная характеристика - зависимость Uвых = f(e_c) ( табл. 5.1, рис. 5.1 )

e_cmax = 49,5мВ

Таблица 5.1

Амплитудная характеристика
№	ec, мВ	Uвых, В	Ku	Теория
				Uвых, В
1	0,81	0,076	93,8	0,068
2	2,72	0,253	93,01	0,229
3	7,92	0,728	91,9	0,667
4	10,9	0,991	90,9	0,918
5	16,5	1,46	88,5	1,39
6	18,4	1,62	88,04	1,55
7	22,6	1,96	86,7	1,90
8	26,2	2,24	85,5	2,21
Таблица 5.1 ( окончание )
9	30,0	2,49	83,0	2,53
10	34,5	2,75	79,7	2,91
11	42,9	3,32	77,4	3,61
12	49,5	3,68	74,3	4,17

2) Логарифмическая  амплитудно-частотная характеристика ( табл. 5.2, рис. 5.2 )

Uвх = ec= 40 мВ

 

Таблица 5.2

Логарифмическая  амплитудно-частотная характеристика
№	f, Гц	ec, мВ	Uвых, В	Ku, дБ
1	16	40	0,00949	-12,4959
2	32	40	0,0322	-1,88408
3	64	40	0,102	8,130804
4	128	40	0,255	16,0896
5	256	40	0,545	22,68673
6	512	40	1,081	28,63531
7	1050	40	1,916	33,60671
8	2050	40	2,66	36,45643
9	4100	40	2,95	37,35524
10	8200	40	2,99	37,47222
11	16400	40	2,97	37,41393
12	32800	40	2,85	37,0557
13	65500	40	2,43	35,67093
14	131000	40	1,63	32,20255
15	200000	40	1,065	28,50579

3) Измерение Rвх

f = 5 кГц

Rвхтеор = 302,8 Ом  

Из имеющихся на стенде берем значение R = 490 Ом

U1 = 40 мВ; U2 = 12,4 мВ                 

ΔU = 27,6 мВ

Rвхэксперимент = ( Uвх / ΔU ) * Rдоп= 710 Ом

4) Измерение Rвых

f = 5 кГц

Rвыхтеор = 2 кОм

Из имеющихся на стенде берем значение R = 2 кОм

Uвыххх = 0,032 В             UвыхRн = 1,13 В

ΔU =  1,098 В

Rвыхэксперимент = ΔU*Rн / UвыхRн = 1943 Ом

6. Выводы.

В ходе данной работы были рассмотрены параметры однокаскадного транзисторного усилителя, амплитудная и амплитудно-частотная характеристики усилителя.

Значение входного сигнала при рассмотрении амплитудно-частотной характеристики, при измерениях  Rвх и Rвых было взято не е_с =(0,5¸0,7)е_{с макс}, а е_с =0,8е_{с макс}, т.е. мы находимся уже в области насыщения ( не на границе ).

Рассмотрим расхождения экспериментальных результатов и теории:

Измерение Rвх:

Rвхтеор = 302,8 Ом  

Rвхэксперимент = 710 Ом

134 %

( такая большая погрешность возможно вызвана выбором измерительного резистора, его величина превосходит Rвхтеор )

Измерение Rвых:

Rвыхтеор = 2 кОм

Rвыхэксперимент = 1943 Ом

2,85 %

Амплитудная характеристика:

Кu0 ( экспер. ) = 74,3

1)  погрешность для рассчитанного значения Кu0 = -87,3

14,9 %

2)  погрешность Кu0 для уточненного значения h21 =19,3; Кu0 = -84,2

11,8 %

3)  погрешность для уточненного значения h11:

проводить это бессмысленно в связи с большой погрешностью измерения Rвх, уточнение приведет не к уменьшению погрешности, а лишь к ее увеличению.

погрешности номинальных значений резисторов и конденсаторов: