Практическая работа № 15 Изучение работы транзистора, включенного по схеме с общей базой и общим эмиттером
учебно-методический материал

Практическая работа №15

Изучение работы транзистора, включенного по схеме с общей базой и общим эмиттером

Цель работы: снять и построить частотную и амплитудную характеристики, определить полосу пропускания усилителя.

Оборудование: лабораторный стенд, электроизмерительные приборы, материалы

Основные понятия и определения

Транзисторами называют полупроводниковые приборы, которые располагают не менее чем тремя выводами и в определённых обстоятельствах могут усиливать мощность, преобразовывать сигнал, или генерировать колебания. Различных видов транзисторов много – это полевые (униполярные) и биполярные транзисторы, биполярные транзисторы с изолированным затвором и однопереходные (двухбазовые) транзисторы, фототранзисторы и другие.

Усилительные каскады, выполненные на транзисторах, требуют небольшого напряжения питания величиной всего в несколько вольт, а КПД может достигать нескольких десятков процентов. Транзисторы по сравнению с электронными лампами обладают большей экономичностью, низким энергопотреблением, длительным временем наработки на отказ, малой массой и габаритами, высокой механической прочностью. К недостаткам транзисторов следует отнести невысокую радиационную стойкость, невозможность работы при температуре полупроводникового кристалла из кремния значительно выше 125 °C и прочее.

Транзисторы классифицируют по материалу полупроводника, подразделяя на германиевые, кремниевые, из арсенида галлия и прочие.

Биполярные транзисторы, у которых две из трёх областей имеют дырочный тип проводимости, называют транзисторами с прямой проводимостью, или структуры p-n-p. А биполярные транзисторы, у которых две из трёх областей имеют электронный тип проводимости, называют транзисторами с обратной проводимостью, или структуры n-p-n.

Рассматриваемые приборы, которые не способны усиливать сигнал с частотой более 3 МГц, называют низкочастотными транзисторами. Приборы, которые могут усиливать сигнал с частотой более 3 МГц, но менее 30 МГц, называют среднечастотными транзисторами. А транзисторы, которые допускают усиление сигнала с частотой, превышающей 30 МГц, называют высокочастотными, а позволяющие работать на ещё большей частоте (выше 300 МГц) называют сверхвысокочастотными.

Если компоненты не могут обеспечить мощность рассеяния, превышающую 0,3 Вт, то такие транзисторы называют маломощными. Приборы, которые имеют рассеиваемую мощность более 0,3 Вт, но менее 3 Вт, называют транзисторами средней мощности. А транзисторы, мощность рассеяния которых превышает 3 Вт, называют мощными транзисторами.

Схема включения транзистора с общим эмиттером

Между базой и эмиттером транзистора, включённого по схеме с общим эмиттером, подсоединяют источник сигнала, а к коллектору – нагрузку. К эмиттеру транзистора подключают полюсы одинаковых знаков источников питания. Входным током каскада выступает ток базы транзистора, а выходным током – ток коллектора. Это показано на рис. 12.1, на примере включения в электрическую цепь биполярного p-n-p транзистора.

Рис. 12.1.

На практике обходятся одним источником питания, а не двумя. Направление протекания тока по выводам транзистора дано на рисунке. Включение n-p-n транзистора совершенно аналогично включению p-n-p транзистора, однако в данном случае придётся поменять полярность обоих источников питания.

Коэффициент усиления каскада равен отношению тока коллектора к току базы и обычно может достигать от десятков до нескольких сотен. Транзистор, включённый по схеме с общим эмиттером, теоретически может дать максимальное усиление сигнала по мощности, относительно других вариантов включения транзистора. Входное сопротивление рассматриваемого каскада, равное отношению напряжения база-эмиттер к току базы, лежит в пределах от сотен до тысяч ом. Это меньше, чем у каскада с транзистором, подсоединённым по схеме с общим коллектором. Выходной сигнал каскада с общим эмиттером обладает фазовым сдвигом в 180° относительно входного сигнала. Флюктуации температуры оказывают значительное влияние на режим работы транзистора, включённого по схеме с общим эмиттером, и поэтому следует применять специальные цепи температурной стабилизации. В связи с тем, что сопротивление коллекторного перехода транзистора в рассмотренном каскаде выше, чем в каскаде с общей базой, то необходимо больше времени на рекомбинацию носителей заряда, а, следовательно, каскад с общим эмиттером обладает худшим частотным свойством.

Схема включения транзистора с общей базой

В каскаде, собранном по схеме с общей базой, напряжение входного сигнала подают между эмиттером и базой транзистора, а выходное напряжение снимают с выводов коллектор-база. Включение транзистора p-n-p структуры по схеме с общей базой приведено на рис. 12.2.

Рис. 12.2.

В данном случае эмиттерный переход компонента открыт и велика его проводимость. Входное сопротивление каскада невелико и обычно лежит в пределах от единиц до сотни ом, что относят к недостатку описываемого включения транзистора. Кроме того, для функционирования каскада с транзистором, включённым по схеме с общей базой, необходимо два отдельных источника питания, а коэффициент усиления каскада по току меньше единицы. Коэффициент усиления каскада по напряжению часто достигает от десятков до нескольких сотен раз.

К достоинствам нужно отнести возможность функционирования каскада на существенно более высокой частоте по сравнению с двумя другими вариантами включения транзистора, и слабое влияние на работу каскада флюктуаций температуры. Именно поэтому каскады с транзисторами, включёнными по схеме с общей базой, часто используют для усиления высокочастотных сигналов.

Порядок выполнения работы

Технические данные приборов                           Таблица 12.1

Рис. 12.3. Электрическая схема усилителя низкой частоты

1. Заполнить таблицу 12.1. Технические данные приборов.
2. Подсоединить однокаскадный усилитель к электронным приборам, источнику питания по схеме на рис. 12.3.
3. Выставить на блоке питания 12 В и подать на усилитель. Исследовать влияние элементов схемы (R1, R4, R5) на коэффициент усилителя и нелинейные искажения. Для чего на вход усилителя подать напряжение U=20-70 мВ с частотой 1 кГц. Затем измерение сопротивления R1, R4, R5 – наблюдать за формой выходного сигнала. Исследовать влияние величины конденсатора установленного в цепи эмиттера усилителя С4, С5 на коэффициент усилителя, переключая СА1 в положение «1», «2».
4. Исследовать влияние амплитуды входного сигнала на коэффициент усилителя, на линейные искажения, изменяя величину входного сигнала. Полученные данные записать в таблицу 12.2.

        Вычисление амплитуды входного сигнала на коэффициент усилителя Таблица 12.2

5. Снять и построить амплитудно-частотную характеристику усилителя, изменяя частоту от 20 Гц до 50 кГц, при двух значениях разделительных ёмкостей С1 и С7 (0,05 мкФ; 10 мкФ). Выбрать амплитуду входного сигнала в пределах (30-70 мВ). Полученные данные записать в таблицу 12.3.

Амплитудно-частотная характеристика усилителя          Таблица 12.3.

6. По полученным данным построить амплитудно-частотную характеристику, определить полосу пропускания усилителей при двух значения ёмкостей С1 и С7.
7. Сделать выводы по работе. Ответить на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы.

1. Приведите назначение каскада предварительного усиления, требования к нему и условия его работы.
2. Начертите принципиальную схему резисторного каскада предварительного усиления и поясните назначение его элементов.
3. Как выбирают точку покоя и как обеспечивают заданное её положение?
4. Как обеспечивают температурную стабилизацию точки покоя?
5. Какова роль источника питания усилительного элемента в процессе усиления сигналов?
6. Каково значение напряжения смещения в процессе усиления электрических сигналов?