Выбор рабочей точки биполярного транзистора и ознакомление с режимами усиления переменного напряжения классов A, B, AB и D

Общие сведения

На рисунке 7.4 изображены простейшая схема транзисторного усилителя с общим эмиттером и поясняющая диаграмма. Резистор R_К является сопротивлением нагрузки, на резисторах R₁ и R₂ выполнен делитель напряжения, создающий постоянный ток в цепи база – эмиттер. Он поддерживает транзистор в открытом состоянии при отсутствии входного сигнала, благодаря чему через сопротивление R_К протекает постоянный ток. При этом напряжение на транзисторе U_КЭ(I_К) = U_ПИТ – R_КI_К. Точки пересечения этой прямой с вольтамперными характеристиками I_К(U_КЭ) позволяют определить напряжение и ток в транзисторе при любом токе базы. В зависимости от начального положения точки покоя (при отсутствии входного сигнала) различают несколько классов усиления.

В класса А точка покоя выбирается в примерно в середине активной зоны от I_{К МАКС} до I_{К ММИН}, в которой характеристики транзистора близки к линейным (точка А на поясняюще диаграмме). В этом случае при подаче на базу переменного сигнала (например, синусоидального) в токе базы появляется переменная составляющая, что вызывает соответствующие изменения тока I_К и напряжения U_КЭ. Рабочая точка при этом перемещается по прямой линии U_ПИТ – R_КI_К между зонами насыщения (I_{К МАКС)} и отсечки (I_{К МИН})_. Если входной сигнал не превышает допустимую величину, то происходит пропорциональное усиление всего сигнала. При превышении допустимого уровня наступает ограничение выходного сигнала на уровнях I_{К МАКС} и I_{К МИН} по току и на уровнях U_{КЭ МИН} и U_{КЭ МАКС} по напряжению.

Рисунок 7.4 Схема транзисторного усилителя с общим эмиттером

 

В классе АВ точка покоя смещена в сторону зоны отсечки, поэтому часть синусоидального сигнала (меньше полупериода) при усилении «обрезается».

В классе В усиливается точно половина синусоидального сигнала. Для этого точка покоя должна выбираться на границе зоны отсечки (точка В, D). В действительности её выбирают несколько выше, чтобы избежать искажений, вызванных существенной нелинейностью начального участка входной характеристики транзистора.

В классе D транзистор работает в ключевом режиме. Для этого точка покоя выбирается также как и в классе В на границе зоны отсечки, но на вход подаётся большой сигнал, чтобы транзистор быстро переходил в режим насыщения. Ещё лучше в этом режиме на вход подавать сигнал прямоугольной формы. Тогда отпадает необходимость в его большой амплитуде. Становится ненужной и цепь, задающая начальное смещение (делитель из резисторов R₁ и R₂), так как при отсутствии входного сигнала транзистор должен быть надёжно закрыт.

Рассмотренные случаи иллюстрируются диаграммами входных и выходных сигналов на рисунке 7.5.

 

Рисунок 7.5 Схема транзисторного усилителя с общим эмиттером

 

Экспериментальная часть

Задание

Экспериментально ознакомиться различными классами усиления. В классах А и В подобрать оптимально точку покоя и определить максимальную амплитуду неискажённого выходного сигнала и допустимую амплитуду входного сигнала. В классе D определить минимальную амплитуду прямоугольного входного напряжения, при которой транзистор надёжно переходит в режим насыщения.

Порядок выполнения экспериментов

Собрать цепь согласно рисунку 7.6 и 7.7. В ней постоянный ток базы регулируется потенциометром 1 кОм и ограничивается постоянным сопротивлением тоже 1 кОм. Последовательно с источником переменного сигнала включен конденсатор 1 мкФ для предотвращения протекания через источник постоянного тока и токоограничивающее сопротивление 1 кОм. Диод включён для защиты эмиттерного перехода от обратного напряжения, а сопротивление 10 Ом для стабилизации характеристик транзистора. Измерение входного и выходного напряжений осуществляется осциллографом, а токов - двумя мультиметрами в режиме миллиамперметров.

Включите осциллограф для наблюдения по двум каналам одновременно(канал I – 0, 5 В/дел., канал II – 5 В/дел). Включите мультиметры для измерения постоянных токов (пределы измерения: ток базы – 2 мА, ток коллектора – 200 мА). Включите блок генераторов напряжений и установите частоту синусоидального напряжения 1 кГц, а амплитуду сначала равной нулю. Настройте осциллограф, установите и запомните положение линий нулевого сигнала.

Изменяя напряжение смещения на базе поворотом ручки потенциометра вправо и влево, наблюдайте по осциллографу за изменением напряжения на коллекторе, а по мультиметрам за изменением токов базы и коллектора. Установите напряжение покоя U_{КЭ 0} примерно в середине диапазона его изменения.

Рисунок 7.6 Принципиальная схема

Рисунок 7.7 Монтажная схема

 

Подаёте на вход усилителя синусоидальное напряжение и, регулируя его амплитуду, наблюдайте за изменением выходного сигнала. Уточните положение точки покоя так, чтобы вершины выходного сигнала начинали уплощаться одновременно.

Установить на входе максимальный сигнал, соответствующий неискажённому напряжению на выходе, и запишите в таблице 7.2 токи базы и коллектора и напряжение, амплитуды входного и выходного напряжений, перерисовать осциллограммы на рисунок 7.8.

Регулируя смещение в сторону зоны отсечки (закрывания транзистора), добейтесь, чтобы усиливалась точно половина периода синусоиды. Увеличить входное напряжения до максимального значения, при котором выходной сигнал не искажается, подкорректировать ещё раз смещение и записать в таблицу 7.2 параметры режима усиления в классе В. Перерисовать кривую выходного напряжения на рисунок 7.8.

Примечание. I_{Б 0}, I_{К 0} и U_{КЭ 0} измерять при отключённом входном сигнале!

Таблица 7.2

Класс	IБ 0, мА	IК 0, мА	UКЭ 0, В	UВХ МАКС, В	UВЫХ МАКС, В
А	0, 217	18, 5		1, 8
В	0, 272	21, 1	6, 5	2, 7
D (~U)	0, 257	21, 9		2, 4

 

Рисунок 7.8 Осцилограммы исследуемого диода

 

Увеличивая входной сигнал, убедиться, что выходной сигнал принимает форму трапеции. Переключить форму входного сигнала с синусоиды на прямоугольник и убедиться, что выходной сигнал тоже стал прямоугольным. Отключить цепь смещения и убедиться, что выходной сигнал не изменился.

Подобрать и записать минимальную амплитуду входного прямоугольного сигнала, при которой транзистор надёжно переходит в режим насыщения.

U_{мин.прямоуг.} = …В.

 

 

⇐ Предыдущая78910111213141516Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. XII. ТАЙНЫЕ ВЫБОРЫ ПАТРИАРХА
2. А. Отвержение Халкидона с точки зрения традиции
3. Автоматическое ограничение повышения напряжения.
4. Акупунктурные точки, рекомендуемые для акупрессуры при неотложных состояниях на амбулаторном стоматологическом приеме
5. Алгоритм расчета разветвленных цепей переменного тока методом проводимости
6. Анализ и выбор элементной базы .
7. Анализ конкурентов - гостиниц г. Выборга
8. Анализ основных показателей эффективности деятельности гостиницы «Атлантик» г. Выборг
9. Анализ проблем деятельности службы приема и размещения в гостинице Атлантик г. Выборг
10. Анализ рисков и выбор оптимальной стратегии
11. Аудиторская выборка. ФП(С)АД №16 «Аудиторская выборка»
12. Бальный метод выбора наиболее конкурентоспособной модели.