Ѕаза знаний студента. –еферат, курсова€, контрольна€, диплом на заказ

курсовые,контрольные,дипломы,рефераты

»зучение режимов работы диодов и транзисторов в электронных схемах — –адиоэлектроника

ѕосмотреть видео по теме –аботы

ƒанные методические указани€ издаютс€ в соответствии с учебным планом. –ассмотрены и одобрены кафедрой »”-6 21,12.87г.-методической комиссией факультета »” 23.12.87 г. и учебно-мето-дическим управлением 08.01.88 г.

–ецензент к.т.н. доц. ћеньков ј.¬.

ћосковское высшее техническое училище имена Ќ.Ё.Ѕаумана

÷ель лабораторного практикума - изучение режимов работы диодов и транзисторов в электронных схемах, установление св€зи между параметрами указанных приборов и параметрами электронных схем, в которых они работают.

—одержание

†TOC o "1-3" ....................................... PAGEREF _Toc507303638 h

–абота є1. ƒ»ќƒџ ¬ »—“ќ„Ќ» ј’ ѕ»“јЌ»я.................................................... PAGEREF _Toc507303639 h

–абота є 2. “–» —хемы ¬ лючени€ “–јЌзистора....................................... PAGEREF _Toc507303640 h

–абота є 3. ключевой –≈жим –јЅќ“џ “–јЌ«»—“ќ–ј................................ PAGEREF _Toc507303641 h

–абота є4. ”Ќ»ѕќЋя–Ќџ… “–јЌ«»—“ќ– ¬ Ў»–ќ ќѕќЋќ—Ќќћ ”—»Ћ»“≈Ћ№Ќќћ  ј— јƒ≈ — RC Ц—¬я«яћ»................................................................................................... PAGEREF _Toc507303642 h

–едактор Ќ.√. овалевска€†††††††††††††  орректор Ћ.».ћалютина


—ќƒ≈–∆јЌ»≈ ќ“„≈“ј ѕќ ЋјЅќ–ј“ќ–Ќќ… –јЅќ“≈

ќтчеты по проведенным лабораторным работам должны включать:

1. Ќаименование работы.

2. „ертеж принципиальной схемы макета лабораторной работы.

3. ƒн€ каждого этапа выполн€емой работы Ц наименование этапа и результаты (в форме таблиц, графиков, зарисовок осциллограмм).

4.  раткие выводы по рабе те в целом.

–абота є1. ƒ»ќƒџ ¬ »—“ќ„Ќ» ј’ ѕ»“јЌ»я

÷ель работы - исследование характеристик и параметров выпр€мительных схем и стабилизаторов напр€жени€. ѕродолжительность работы - 3,5 часа.

“еоретическа€ часть

¬ыпр€митель

—глаживающий фильтр

—табилизатор напр€жени€

сеть

U~

U~

I).

–ис.1 —труктурна€ схема вторичного источника питани€

¬ состав выпр€мител€ обычно вход€т:

силовой трансформатор, предназначен дл€ получени€ необходимых величин переменного напр€жени€ из напр€жени€ сети, а также дл€ гальванической разв€зки с сетью;

вентильна€ группа (чаще всего полупроводниковые диоды), преобразующа€ напр€жение переменного тока в пульсирующее напр€жение посто€нного тока;

емкостна€ нагрузка вентильной группы, представл€юща€ собой конденсатор относительно большой емкости, который можно также рассматривать как простой емкостный сглаживающий фильтр. —глаживающий фильтр, подключаемый к выходу выпр€мител€, уменьшает пульсации выходного напр€жени€.

≈сли к выходному напр€жению предъ€вл€ютс€ высокие требовани€ по стабильности при колебани€х напр€жени€ сети и тока нагрузки, то в источник питани€ вводитс€ стабилизатор напр€жени€.

Ќа рис. 2а представлена схема однополупериодного выпр€мител€ с полупроводниковым выпр€мительным диодом V.  ак известно, вольтамперна€ характеристика (BAX) выпр€мительного диода имеет вид, представленный на рис. 3. ƒл€ упрощени€ практических расчетов ее часто представл€ют на основе кусочно-линейной аппроксимации двум€ .участками пр€мых ј¬ и ¬— , причем ј¬ идет по оси абсцисс, а наклон ¬— определ€етс€ средним, пр€мым сопротивлением диода UgH ї 0 и тогда точка ¬ смещаетс€ в начало координат.  ак следует из такой аппроксимаци€ ¬јX, диод представл€ют элементом с односторонней проводимостью, его внутреннее сопротивление на участке ¬ј стремитс€ к бесконечности, а на участке ¬— сравнительно мало.

–ис. 2. —хемы выпр€мителей: а - однополупериодного, б Ц двухполупериодного (мостового)

–ис. 3. ¬ольт-амперна€ характеристика диода

4 приведены временные диаграммы напр€жений и токов в выпр€мителе, работающем на емкостную нагрузку. ¬ интервале времени t2 Ц t1, соответствующем изменению фазового угла wt2 Ц wt1, диод открыт и через него протекают токи нагрузки и зар€да конденсатора — . ѕосто€нна€ времени зар€да tзар = —(RH ||Rпот), где сопротивление потерь

Rпот = Rпр.ср.+Rтр† (Rтр - активное сопротивление потерь трансформатора). ѕрактически всегда Rпот £ RH и tзар @ —(RH ||Rпот. ¬ остальную часть периода диод закрыт. ¬ течение этого времени конденсатор разр€жаетс€ tразр ї —(RH ||Rобр+Rтр)).

–ис. 4. ¬ременные диаграммы, отражающие работу однополупериодного выпр€мител€

Rобр³Rтр+RH, посто€нна€ времени разр€да tразр ї —RH и t разр <зар -т.е. процессы зар€да и разр€да конденсатора — идут с разной скоростью. —ледовательно, по€вл€етс€ посто€нна€ составл€юща€ напр€жени€ Uc , на диоде обратное напр€жение .может достигать величины Uобр=2U2m. ѕоэтому диод выбирают с Uобр.макс>2U2m. ‘азовый угол, в течение которого диод открыт, обозначаетс€ 2q=wt2-wt1, где q - угол отсечка. „ем меньше q . тем больше U0 и меньше пульсации. ѕоэтому q желательно уменьшать.

¬ установившемс€ режиме площади под кривыми тока зар€да конденсатора Jсз и тока разр€да J одинаковы. ќсновные расчетные параметры выпр€мител€ €вл€ютс€ функци€ми коэффициента † где m=1 дл€ однополупериодного и m = 2 дл€ двухполупериодного выпр€мителей.

— помощью этого параметра определ€ют необходимые значени€:

Jm† - максимального импульса тока через диод;

J2 †- действующего значени€ тока вторичной обмотки трансформатора;

E2 - действующего значени€ Ёƒ— вторичной обмотки.

— помощью коэффициента A(q) при расчетах определ€ют и коэффициент пульсаций, равный отношению напр€жени€ первой гармоники к посто€нной составл€ющей выпр€мленного напр€жени€ U0'

¬ыходное сопротивление DU0 и DJ0, наход€т по нагрузочной характеристике источника U0=f(J0); U0 и J0† - напр€жение и ток нагрузки.

Ќа рис. 26 приведена схема двухполупериодного мостового выпр€мител€. ≈е особенностью €вл€етс€ то, что за период через диоды протекают два импульса тока. ¬ одном полупериоде ток течет через диода V2 и V3 (пунктирные стрелки), в другом Ц через диоды V1 и V4. „астота пульсаций выше в два раза, а величина их меньше. ќбратное напр€жение на диодах ниже в две раза Uобр.макс>2U2m по сравнению с однополупериодной схемой. ≈ще одной особенностью этой схемы €вл€етс€ отсутствие в трансформаторе посто€нного подмагничивани€, так как ток вторичной обмотки в полупериодах протекает в противоположных направлени€х.

ƒл€ уменьшени€ пульсации выходного напр€жени€ между выпр€мителем и нагрузкой часто включают сглаживающий фильтр.  ачество сглаживани€ определ€етс€ коэффициентом сглаживани€, равным отношению коэффициента пульсации на входе фильтра к коэффициенту пульсации на его выходе

Ќапример, простой LC -фильтр, представл€ющий собой последовательно о нагрузкой включенный дроссель и параллельно c нагрузкой включенный конденсатор, существенно уменьшает пульсации, поскольку дл€ посто€нной составл€ющей U0 сопротивление дроссел€ близко к 0, а конденсатора - к бесконечности, дл€ пульсирующей - наоборот, поэтому посто€нна€ составл€юща€ проходит через фильтр практически без изменений, а пульсирующа€ существенно уменьшаетс€.

»спользование электронного стабилизатора позвол€ет значительно уменьшить кп, Rвых, а также зависимость U0 от колебаний напр€жени€ сети и тока нагрузки.  ачество стабилизации оцениваетс€ коэффициентом стабилизации при посто€нном токе нагрузки

где† DUвых - приращение U0 при изменении Uвх †на величину DUвх ;

Uвх.ном ; Uвых.ном - номинальные значени€ напр€жений.

–ис. 5. ѕараметрический стабилизатор (а) и вольт-амперна€ характеристика стабилитрона (б)

ѕростейшим электронным стабилизатором €вл€етс€ параметрический стабилизатор (рис. 5а), состо€щий из балластного сопротивлени€ Rби стабилитрона. ќн устанавливаетс€ в источнике питани€ между нагрузкой и выпр€мителем со сглаживающим фильтром, если таковой имеетс€. ¬ этой схеме используетс€ свойство обратно смещенного стабилитрона сохран€ть напр€жение в области пробо€ практически неизменным при значительных избиени€х протекающего через него тока (рис. 56, обратна€ ветвь ¬ƒ’ стабилитрона в области Uст). ѕри отклонении Uвх от номинального значени€ почти все приращение входного напр€жени€ падает на Rб , а выходное напр€жение практически не мен€етс€. ѕри изменении тока нагрузки J2 (Uвх Ц const) перераспределение тока между стабилитроном и нагрузкой (измен€етс€ Jcт ) почти без изменени€ общего тока J1 . —ледовательно, напр€жение на нагрузке остаетс€ практически посто€нным.  оэффициент стабилизации параметрического стабилизатора определ€етс€† по формуле

где rg - динамическое сопротивление стабилитрона.

¬ыходное сопротивление стабилизатора Rвых=Rб||rgїrg так как rg<б.

ќписание макета

ћакет, схема которого представлена на рис. 6, включает:

- выпр€митель, который в зависимости от положени€ переключател€ BI может работать по однополупериодной или мостовой схеме;

†- LC Цфильтр /L1,C2/;

- параметрический стабилизатор /R2,V6/;'

- контрольно-измерительные приборы (I1, V2);

- дискретно измен€ющуюс€ нагрузку (R3,R4,R5,R6);

- емкостную нагрузку (CI).

–иc.6. —хема макета лабораторной работы є1

«адание

1. »сследовать работу однополупериодной и двухполупериодной схем выпр€мител€ дл€ случаев:

активной нагрузки;

емкостной нагрузки;

зарисовать форму выходного напр€жени€, а также форму тока, протекающего через диод.

2. ќпределить с помощью осциллографа угол отсечки q и коэффициент пульсаций кп дл€ одно- и двухполупериодной схем.

3. »сследовать сглаживающее действие фильтра LC при одно- и двухполупериодном выпр€млении. ќпределить коэффициенты сглаживани€.

4. ќтсн€ть нагрузочные характеристики выпр€мител€ и определить его выходное сопротивление.

5. ѕодключить к выпр€мителю параметрический стабилизатор, сн€ть нагрузочную характеристику стабилизатора и определить по ней его выходное сопротивление, определить коэффициент стабилизации (схема выпр€мител€ мостова€, фильтр LC отключен).

kонтрольные вопросы

1.  ак работают однополупериодный и двухполупериодный мостовой выпр€мители?'

2.  аковы основные параметры выпр€мителей?

3. Ќа чем основана работа †LC -фильтра и что такое коэффициент сглаживани€?

4.  ак определ€етс€ коэффициент стабилизации стабилизатора?

5. „то такое угол отсечки и как его измерить?

6. „то такое нагрузочна€ характеристика, как она снимаетс€ и какие параметры можно по ней определить?

7. ќбъ€сните работу параметрического стабилизатора.

8. ¬ чем отличие работы диода в однополупериодной и двух-полупериодной мостовой схемах?

9. „ему равен угол отсечки при коротком замыкании нагрузки и при холостом ходе?

Ћитература

1.»ванов-÷аганов ј.». Ёлектротехнические устройства радио-систем: ”чеб. дл€ студентов радиотехн. спец. вузов. - 3-е изд., перераб. и доп. - ћ.: ¬ысша€ школа, 1984.- 280 о., илл.

2. ¬ересов √.ѕ. Ёлектропитание бытовой радиоэлектронной аппаратуры. - ћ.: –адио и св€зь, 1983. - 128 с., ил.

–абота є 2. “–» —хемы ¬ лючени€ “–јЌзистора

÷ель работы - изучить, как вли€ют различные способы включени€ бипол€рного транзистора и величина сопротивлени€ нагрузки на свойства усилительного каскада,

ѕродолжительность работы - 3,5 часа.

“еоретическа€ часть

¬ транзисторных схемах источник сигнала может включатьс€ в цепь базы или †эмиттера, нагрузка - в цепь коллектора или эмиттера, а третий электрод транзистора оказываетс€ общим дл€ входной и выходной цепи. ¬ зависимости от того, какой электрод транзистора оказываетс€ общим, различают схемы ќЁ (о общим эмиттером), ќЅ (с общей базой) и ќ  (с общим коллектором), показанные на рис. 7.

¬ этих схемах конденсаторы —1 и —2 служат дл€ св€зи каскада с источником сигнала и нагрузкой на переменном токе и исключают† в то же врем€ вли€ние источника сигнала и нагрузки на режим работы каскада по посто€нному току. –езисторы R1, R2, Rк и Rэ обеспечивают выбранный режим работы транзистора в активной области, т.е. выбранное положение рабочей точки на вольт-амперных характеристиках транзистора.  онденсатор —« выполн€ет роль блокировочного конденсатора, исключа€ из работы на переменном токе резистор Rэ (каскад ќЁ) или делитель напр€жени€ в цепи базы R1, R2 (каскад ќЅ), и тем самым обеспечивает присоединение эмиттера(базы) к общей точке схемы.

ƒл€ анализа транзисторных схем важно знать, как св€заны электродные тока и напр€жени€ между выводами транзистора, т.е. знать вольт-амперные характеристики.

ѕри анализе каскада ќЁ удобно пользоватьс€ зависимост€ми Iб=f1(Uбэ, Uкэ) и Iк=f2(Uкэ,Iб). ѕервые из них называютс€ семейством входных, а вторые - семейством выходных характеристик. »х типичный вид приведен на рис. 8. «десь же приведена построенна€ нагрузочна€ пр€ма€ по посто€нному току и выбранна€ на ней рабоча€ точка транзистора ј с координатами Iкј,† Uкэј, Iб† , котора€ отображена также на семействе входных характеристик и имеет координаторы Iбј, (Uбэј, Iкэј). ƒл€ построенной нагрузочной пр€мой Iк=(≈к-Uкэ)/(Rк+Rэ) (рис.8а) транзистop будет работать в активном режиме при токах базы в диапазоне Iк0 - IбЌ.

¬ усилительных схемах транзистор работает в активном режиме когда эмиттерный переход смещен пр€мо (дл€ р-п-р-транзистора Uбэ>0), а коллекторный - обратно (Uбк>0) . ѕри этом транзистор обладает усилительными свойствами и токи его электродов св€заны между собой через статические коэффициенты передачи по току транзистора ¬ и a

¬= Iк /Iб ,††† ¬+1= Iэ /Iб,† ††††††† †††a= Iк /Iэ

откуда следует, что ¬=a/(1-a), a=¬/¬+1.

–ис. 8 . —татические вольт-амперные характеристики транзистора: а)† выходные, б)† входные.

ƒл€ оценки параметров усилител€ его принципиальную схему преобразуют в эквивалентную, в которой транзистор замещаетс€ своей малосигнальной эквивалентной схемой рис. 9.

Ќас интересуют формулы дл€ кu, кi, кp, Rвх и Rвых в диапазоне средних частот. Ќа этих частотах можно не учитывать частотную зависимость коэффициента передачи по току и емкость —кэ(она отбрасываетс€). ≈мкости конденсаторов CI, C2 и —« выбирают настолько большими, чтобы на средних частотах их сопротивление было пренебрежимо малым по сравнению с суммарным сопротивлением окружающих их резисторов. ѕоэтому в эквивалентной схеме на рис.10 они представлены коротко- замкнутыми ветв€ми. “о же относитс€ и к источнику питани€ ≈к, так как схема на рис.10 справедлива только дл€ переменных составл€ющих токов и напр€жений. — учетом сказанного резисторы R1 и R2, так же как и резисторы Rк и RH (RH - нагрузка, подключаетс€ к выходным клеммам усилител€), оказываютс€ соединенными параллельно. ѕоэтому в эквивалентной схеме фигурируют Rб = R1||R2 и RkH = Rk||RH. јналогично можно получить эквивалентные схемы дл€ каскадов ќЅ и ќ . ѕримен€€ к эквивалентным схемам каскадов известные методы анализа электрических цепей (например, метод контурных токов), можно получить приближенные формулы дл€ оценки основных параметров усилительных каскадов, представленные в таблице. ¬ этих формулах

RЁH = RЁ||RH Rвх троэ = rf + rЁ (B+1), где rЁ=26 м¬/IЁј, R'=RrRб/( Rr+Rб), †а Rr- внутреннее сопротивление источника сигнала. ƒл€ всех схем крuкi.

¬ерхн€€ гранична€ частота полосы пропускани€ (на этой частоте Uвых в †раз меньше, чем на средней частоте) транзисторного каскада зависит от параметров транзистора fh21б, B, Cк, rб и rэ, нагрузки RH,CH , внутреннего сопротивлени€ источника сигнала Rr и схемы включени€ транзистора. ƒk€ любого усилительного каскада fв=(2ptв)-1 где tв=G(tв+CкэRкH)+CHRкH. ¬ последней формуле tв=(B+1)/ 2p fh21б, Cкэ=Cк(B+1), а коэффициент G дл€ каждой схемы включени€ транзистора вычисл€ют по формулам таблицы.

ќписание макета

»сследуема€ в работе схема представлена на рис. II. — помощью переключателей, расположенных на передней панели лабораторной установки, можно путем соответствующей коммутации эмиттерной, базовой и коллекторной цепей транзистора собрать любой из трех усилительных каскадов (ќЁ, ќЅ или ќ ).

ƒл€ оценки входного тока усилител€ служат измерительные резисторы R1(ќЁ, ќ ) и R6(ќЅ). ѕри этом iвх=(Uг-Uвх)/Rизм, где Uг. - напр€жение на клеммах генератора, Uвх †напр€жение на входе усилител€ (за измерительным резистором).

ѕри опенке выходного сопротивлени€ усилител€

Rвых =Uвых xx/iвых кз будем считать, что холостой ход на выходе усилител€ возникает, если установить RH=RHмакс, а режим короткого замыкани€ Ц при RH=RHмин, так как других возможностей данна€ лабораторна€ установка не предоставл€ет.

–ис. II. —хема макета лабораторной работы є 2

ѕитание усилительного каскада осуществл€етс€ от источника G1, напр€жение на выходе которого устанавливают 10 ¬.

¬ исследуемой схеме стоит маломощный низкочастотный транзистор ћѕ42ј ( fh21б = 1¸3 м√ц, ¬= 30¸50, rб= 200 ќм, —к = 30 п‘, –кмакс =200 м¬т). –езисторы и конденсаторы имеют следующие номиналы: R1=1 кќм, R2=11 кќм, R3=5.1 кќм, R4=R5=R9=3.6 кќм, R6=470 ќм, R7=20 ќм, R8=510 ќм, R10=10 кќм, —1=—2=—3=20 мкф.

«адание

ѕодготовить к работе генератор стандартных сигналов (√——) и милливольтметр переменного тока с большим входным сопротивлением. ќзнакомившись с назначением органов управлени€ лабораторной установки и присоединив к ней измерительные приборы, подключить установку к сети переменного тока.

1. ѕодава€ на вход схемы синусоидальный сигнал с частотой fc=2к√ц (средн€€ частота дл€ усилител€) и напр€жением Uг = 35 м¬, дл€ каждого из усилительных каскадов ќЁ, ќЅ, ќ  провести экспериментальную оценку малосигнальных параметров каскада Rвх, кi, кu, кр, Rвых различных сопротивлени€х нагрузки RЌ . ѕостроить зависимости параметров усилител€ от RЌ .

2. »спользу€ формулы таблицы, оценить те же параметры усилител€ и вычислить относительное расхождение между экспериментальными и аналитическими результатами.

3. ѕользу€сь экспериментальными данными определить, какой каскад и при каких RЌ† обладает наибольшим усилением по мощности. ќбъ€сните почему?

4. ƒать заключение, как соотнос€тс€ между собой у различных каскадов кi, кu, Rвх , Rвых.† ќбъ€сните полученные результаты.

5. Ёкспериментально определить верхнюю граничную частоту дл€ каждого из каскадов ќЁ, ќЅ и ќ  при RЌ = R10 . Ќапр€жение на выходе √—— поддерживать неизменным на всех частотах и равным 35 м¬.

6. –ассчитать fв дл€ каждого каскада и сопоставить расчетные и экспериментально полученные значени€ между собой.

 онтрольные вопросы

1.  акова малосигнальна€ эквивалентна€ схема транзистора, транзисторных каскадов ќЁ, ќЅ, ќ ?

2. „ем отличаютс€ между собой усилительные каскады ќЁ, ќЅ, ќ  (схемные различи€, различи€ в параметрах и характеристиках)?

3.  ак измерить входное и выходное сопротивлени€ усилител€, усиление по напр€жению, току, мощности?

4. ќбъ€сните, почему возникают искажени€ в транзисторных каскадах?  акова природа возникающих искажений?

5. ƒайте определение граничной частоты усилител€.

Ћитература

1. ¬.√.√усев, ё.ћ.√усев. Ёлектроника. - ћ.: ¬ысша€ школа,1982. - —. I62-I78.

2. ≈.».ћанаев. ќсновы радиоэлектроники. - ћ.: –адио† и св€зь, 1985. - —. 95-100, I30-I32.

–абота є 3. ключевой –≈жим –јЅќ“џ “–јЌ«»—“ќ–ј

÷ель работы - исследовать статические режимы и переходные процессы в схеме простого транзисторного ключа. ѕродолжительность работы - 3,5 часа.

“еоретическа€ часть

“ранзисторные ключи (“ ) €вл€ютс€ основой логических элементов Ё¬ћ. ƒн€ отображени€ двоичных символов используютс€ статические состо€ни€ “ , в которых транзистор работает в режимах отсечки или насыщени€. ¬о врем€ переходных процессов при переключении из одного статического состо€ни€ в другое транзистор работает в нормальном и инверсном активных режимах.

ќсновными параметрами статических состо€ний “  €вл€ютс€ напр€жение насыщени€ Uкэн и обратный ток Jко. –ежим отсечки “  (рис. 12) характеризуетс€ низким уровнем напр€жени€

Uвых=-≈к+JкоRкї-≈к.† ¬ режиме насыщени€ через “  протекает ток

†Uвых=Uкэї0.

ќсновными параметрами переходных процессов €вл€ютс€: при включении “  tз - врем€ задержки и tф - длительность фронта, а при выключении tрас - врем€ рассасывани€ накопленного в базе зар€да и tc - длительность среза.

Ќа рис. 13 представлены временные диаграммы, иллюстрирующие переходные процессы в “K. ¬рем€ задержки tвх=Rбвх ; Uб0- начальное напр€жение на —вх. ƒлительность фронта определ€етс€ по формуле

–ис. 13. ¬ременные диаграммы работы транзисторного ключа

ƒл€ удобства измерени€ фронта его часто определ€ют как врем€ нарастани€ тока от уровн€ 0.1Jкн до уровн€ 0.9Jкн ; . ¬ этих формулах †(fв- верхн€€ гранична€ частота каскада ќЁ), а† - коэффициент насыщени€. “ок базы, соответствующий границе насыщени€,

¬рем€ рассасывани€ зар€да в базе где tu - врем€ жизни неосновных носителей в базе в режиме насыщени€.

¬рем€ рассасывани€ характеризуетс€ интервалом времени от момента подачи запирающего входного напр€жени€ +≈б2 до момента, когда зар€д в базе уменьшаетс€ до граничного значени€ Qгр=Jбнtu,при котором транзистор переходит из насыщенного состо€ни€ в активный режим. ≈сли коллекторный переход запираетс€ раньше эмиттерного (tкэ) то транзистор переходит в нормальный активный режим, если наоборот (tэu < tкu ), то в инверсный активный режим. ¬ последнем случае на графике Jk и Uк по€вл€етс€ характерный выброс (рис. 13, штриховые линии).

«аканчиваетс€ переходный процесс при выключении транзистора срезом выходного напр€жени€ (задним фронтом). ƒлительность tc можно оценить, счита€, что процесс формировани€ заднего фронта заканчиваетс€ при Qї0. “огда .

ќднако в реальных схемах больша€ часть среза выходного напр€жени€ происходит, когда транзистор находитс€ в режима отсечки. ѕоэтому длительность среза определ€етс€ посто€нной времени tк=Rкк или† tк=Rк(—к+—н) с учетом емкости нагрузки —н.  онденсатор — в схеме “  (рис. 12. пунктир)† €вл€етс€ форсирующим. ќн позвол€ет увеличить токи базы Jб1 и Jб2 нa короткий промежуток времени, в то врем€ как стационарные токи базы практически не мен€ютс€, это приводит к повышению быстродействи€ “ . ƒругим способом увеличени€ быстродействи€ “  €вл€етс€ введение нелинейной обратной св€зи. ƒиод с малым временем восстановлени€ (диод Ўоттки), включенный между коллектором и базой, предотвращает глубокое насыщение “ , фиксиру€ потенциал коллектора относительно потенциала базы. “акие “  называют ненасыщенными.

ќписание макета

ћакет, схема которого показана на рис. 14, позвол€ет исследовать статические состо€ни€ ключа и переходные процессы в нем. ¬ первом случае с помощью переключател€ BI возможна подача в цепь базы низкого уровн€ напр€жени€ от источника G1 с сопротивлением в его -цепи R1. ƒл€ измерени€ посто€нных токов и напр€жений в цеп€х ключа используетс€ прибор, установленный на панели лабораторного стенда о пределами измерени€ тока J1=20 мј, J2=200 мкј, U1=20¬, U2=0,2 ¬.

–ис. 14. —хема макета лабораторной работы и 3

ѕри исследовании переходных процессов на вход схемы подаютс€ импульсы отрицательной пол€рности амплитудой не более 15 ¬ от генератора пр€моугольных импульсов. ¬ схеме макета предусмотрена возможность установки в коллекторной и базовой цеп€х транзистора различных деталей (резисторов и конденсаторов) с целью исследовани€ вли€ни€ их параметров на свойства исследуемого ключа. “ак, возможна смена резисторов в коллекторной цепи (переключатель ¬4),подключение к схеме ускор€ющего конденсатора —2 (переключатель¬2), подключение к выходу ключа нагрузочного конденсатора —« (переключатель ¬«). ¬ схеме установлен маломощный низкочастотный транзистор ћѕ42ј ( fa = I...3 м√ц, ¬ст = 30...60, —к= 30 пф, –кмакс=200мвт). –езисторы и конденсаторы имеют следующие номиналы:

R1=75 кќм,

R6=5,1 кќм

R2=3 кќм

R7=10 кќм

R3=,130 ќм.

R8=75 кќм

R4=910 ќм,

C1=10,0 мкф

R5=30 кќм

C2=1000 п‘

C3=470 пф.

Ќапр€жение источника G1 следует установить равным 10 ¬.

«адание

1. »змерить статический коэффициент усилени€ по току транзистора, установленного в ключе.

2. »сследовать статические состо€ни€ “  при различных Rк. ќпределить величину сопротивлени€ Rк, соответствующую границе насыщени€.

3. »сследовать характеристики “  в динамическом режиме. ¬ы€вить зависимости основных параметров переходных процессов tф,tрас,tc от амплитуда входного напр€жени€. ѕостроить соответствующие графики.† ƒл€ одного из значений входного напр€жени€ рассчитать- tф,tрас,tc по приведенным формулам. ќценить расхождение расчетных величин и измеренных.

4. »сследовать вли€ние форсирующего конденсатора на основные параметры переходных процессов.

5. ќпределить, на какие параметры “  оказывает вли€ние конденсатор нагрузочной цепи.

6. ќпределить, при каких параметрах коммутируемых элементов схемы “  макета возникает инверсное запирание.

 онтрольные вопросы

1.  аково назначение ключевой схемы?

2.  акими основными параметрами характеризуетс€ ключ?

3.  ак завис€т параметры переходных процессов от глубины насыщени€?

4. „то такое инверсное запирание “ ?

5. ¬ чем смысл введени€ форсирующего конденсатора?

6.  ак вли€ет емкость нагрузки на длительность переходных процессов?

7.  ак вли€ет амплитуда входного сигнала на параметры “ ?

8. ѕо€сните процессы в “  по временной диаграмме.

Ћитература

√усев ¬.√., √усев ё.ћ. Ёлектроника. - U.: ¬ысша€ школа,1982. - 495 с., ил.

–абота є4. ”Ќ»ѕќЋя–Ќџ… “–јЌ«»—“ќ– ¬ Ў»–ќ ќѕќЋќ—Ќќћ ”—»Ћ»“≈Ћ№Ќќћ  ј— јƒ≈ — RC Ц—¬я«яћ».

÷ель работы - установить св€зь между параметрами унипол€рного транзистора и других деталей схемы и параметрами Ў”, изучить способы расширени€ полосы пропускани€ Ў”.

ѕродолжительность работы - 3,5 часа.

“еоретическа€ часть

Ќа рис.15 приведена принципиальна€ схема усилительного каскада с RC-св€з€ми на унипол€рном транзисторе.  онденсаторы Cp1, Cp2 .раздел€ют каскада по посто€нному току, резистор R3 обеспечивает утечку тока в цеgи затвора.

–ис.15. ѕринципиальна€ схема усилительного каскада с R—-св€з€ми

( Ic, Ucн, Uзн), а также токи и напр€жени€ дл€ остальных ветвей схемы. Ёто часто и наиболее просто осуществл€етс€ графоаналитическим† методом, предполагающим построение нагрузочной пр€мой Ic=(Ec-Uсн)/Rc и динамической стоко-затворной характеристики транзистора Ic=f1(Uзн) при Rc=const, на которых намечают положение рабочей точки. ¬ свою очередь, нагрузочна€ пр€ма€ и динамическа€ стоко-затворна€ характеристика предварительно стро€тс€ на семействах статических стоковых Ic=f1(Uсн) при Uзн =const и стоко-затворных Ic=f2(Uзн)† при Uсн =const характеристик. Ќа рис. 16 приведен примерный вид таких характеристик дл€ унипол€рного транзистора.

ќт положени€ рабочей точки транзистора усилительного каскада завис€т параметры транзистора, а следовательно, и параметры усилител€, такие, например, как коэффициент усилени€ по напр€жению кu0, допустима€ величина входного напр€жени€ Uвхмакс превышение которой ведет к искажению выходного сигнала, коэффициент полезного действи€ и т.д. ѕри заданных ≈с и Rc изменить положение рабочей точки транзистора можно только за счет изменени€ напр€жени€ источника ≈см (см.рис.15).

–ис.16. —татические вольт-амперные характеристики унипол€рного транзистора : а) стоковые, б) стоко-затворные

–абоча€ точка транзистора обычно выбираетс€ близко к середине линейного участка динамической стоко-затворной характеристики (класс ј). ѕри этом будет обеспечена наибольша€ величина допустимого входного напр€жени€ Uвхмакс при двупол€рном (в частном случае синусоидальном) входном сигнале.

ѕри анализе работы схем на унипол€рных транзисторах по переменному току используетс€ малосигнальна€ эквивалентна€ схема транзистора, изображенна€ на рис. 17а. «десь Ri Ц внутреннее дифференциальное сопротивление транзистора (сопротивление канала), S- крутизна стоко-затворной характеристики в рабочей точке, —зн, —зс и Ccн - межэлектродные емкости транзистора, называемые соответственно входной, проходной и выходной. Ёту схему можно преобразовать в эквивалентную ей (рис. 17б), в которой фигурирует входна€ динамическа€ емкость транзистора —вхдин, определ€ема€ соотношением —вхдин=—зн+—зс(1+ ), где   - коэффициент усилени€ каскада по напр€жению. Ќа рис. 17в-д показаны эквивалентные схемы усилительного каскада отдельно дл€ средних, высоких и низких частот. Ќа средних частотах, когда реактивные компоненты схемы можно не учитывать, нетрудно получить формулу дл€ коэффициента усилени€ по напр€жению кu0=S(Ri||Rc||Rн). ”читыва€, что в большинстве случаев Ri>>Rc и Rн>>Rc, †кu0@SRс.

†Ќа высоких частотах нельз€ пренебрегать емкост€ми, шунтирующими нагрузку.   ним относ€тс€: выходна€ емкость рассматриваемого каскада, входна€ динамическа€ емкость транзистора следующего каскада (или емкость нагрузки) и паразитна€ монтажна€ емкость. Ёти емкости включены между собой параллельно, поэтому в эквивалентной схеме рис. 17г емкость —0 равна их сумме.

ѕосто€нна€ времени tв перезар€да зар€да емкости —0 равна: tв=—0(Ri||Rc||Rн). —оответственно высша€ гранична€ частота fв полосы пропускани€ усилител€ определ€етс€ как fв =(2ptв)-1. –асширить полосу пропускани€ усилител€ в услови€х, когда уже заданы Rн и тип транзистора, можно только за счет уменьшени€ Rc. ќднако при этом уменьшаетс€ кu0.

Ќа низких частотах становитс€ заметным сопротивление разделительного конденсатора —р. ѕосто€нна€ времени tн перезар€да —р как видно из эквивалентной схема рис. 17д, равна tнр(Ri||Rc+Rн), и если в качестве Rн выступает Rз последующего каскада, то Rн>>Rc, и тогда tн @—рRн. Ќизша€ гранична€ частота fн полосы пропускани€ св€зана с tн следующим образом: fн=(2ptн)-1. ѕоэтому дл€ расширени€ полосы пропускани€ усилител€ в сторону низших частот нужно увеличивать —р и Rн.

јмплитудные характеристики усилител€ Uвх=f(Uвх) по которым определ€ют кu0 и Uвхмакс, обычно снимаютс€ на средней †или близкoй к ней частоте. Ќа этой частоте сдвиг по фазе между выходным и входным сигналами отсутствует, а вли€нием реактивных компонентов на работу схемы можно пренебречь.

ѕри усилении импульсных сигналов усилитель с ограниченной полосой пропускани€ (в пределах fв -fн ) искажает их форму. ≈сли подать на вход усилител€ идеальный пр€моугольный импульс, то на выходе получитс€ сигнал с длительностью фронта tф =2,2tв и относительным спадом вершины dU=DU/Um=tи/tн где DU -абсолютный спад вершины импульса, а Um и tи . Ц соответственно амплитуда и длительность выходного импульса.

ќдним из путей расширени€ полосы пропускани€ усилител€, а следовательно, уменьшени€ искажени€ усиливаемых импульсных сигналов €вл€етс€ дополнение усилител€ специальными корректирующими цеп€ми. “акие цепи представлены на принципиальной схема усилител€ рис. 18а. «десь Rф и —ф обеспечивают улучшение низкочастотных свойств усилител€, а Lк - высокочастотных. ƒействие этих цепей основано на увеличении сопротивлени€ нагрузки в выходной (стоковой) цепи транзистора на тех частотах, где в некорректированном усилителе наблюдалс€ спад усилени€.

–ис.18. ѕринципиальна€ схема широкополосного усилител€ с цеп€ми коррекции а) и его эквивалентные схемы на низких б) и высоких в) частотах

¬ области низких частот эквивалентную схему выходной цепи усилител€ можно представить как на рис. 186. ќна построена (с целью упрощени€ анализа) в предположении, что Ri и Rф значительно больше Rс. »з рассмотрени€ этой эквивалентной схемы вытекает, что выходное напр€жение, определ€емое формулой

не будет зависеть от частоты, если обеспечить равенство произведений Rс—ф и Rн—р. ≈сли же допустить, что Rс—ф < Rн—р , то с уменьшением частоты будет наблюдатьс€ не спад. а рост выходного напр€жени€ (перекоррекци€). ”силитель будет недокорректирован, когда Rс—ф >Rн—р .

ƒобавление дроссел€ Lк (элемент высокочастотной коррекции в стоковой цепи транзистора) позвол€ет получить в выходной цепи усилител€ параллельный колебательный контур (рис. 18в). резонирующий на частоте , котора€ выбираетс€ возле верхней граничной частоты некорректированного усилител€. ѕоскольку на резонансной частоте и возле нее сопротивление параллельного резонансного контура, близкое к †где оказываетс€ больше модул€ сопротивлени€ zc , сто€щего в выходной цепи транзистора у некорректированного усилител€ †то и выходное напр€жение корректированного усилител€ возле wрез больше. ƒн€ получени€ наилучшей форме переходной, амплитудно-частотной и фазочастотной характеристик добротность колебательного контура Q †выбираетс€ небольшой, т.е. чтобы коэффициент коррекции† m=Q2 находилс€ в пределах 0,322...0,414.

ќписание макета

»сследуема€ схема представлена на рис. 19. —хема позвол€ет выполн€ть следующие эксперименты:

- снимать статические и динамические стоко-затворные характеристики транзистора о целью правильного выбора положени€ рабочей точки транзистора. ѕри этом измен€етс€ напр€жение источника G2 и регистрируетс€ ток стока с помощью миллиамперметра I1;

- измен€ть сопротивлени€ резисторов и емкости конденсаторов в выходной цепи транзистора с помощью переключателей, расположенных на передней панели макета;

- св€зывать специальные клеммы, к которым подключены регистрирующие в приборы (милливольтметр и осциллограф) с любой контрольной точкой схемы с помощью специальных клавиш.

»сследование работы усилител€ проводить при ≈с, равном 10 ¬. ¬ макете установлен маломощный транзистор  ѕ103ћ с параметрами S³1,3 мј/¬; Uпср = 4,0 ¬;† —зн = 20 п‘; —зс = 8 п‘; –макс=120м¬т. ќстальные детали имеют следующие параметры:

R1= 1,00 кќм; R2= I кќм; R3= 2 кќм; R4= 100 кќм;

R5=910 кќм; R6= 100 кќм; —1 = 2200 пф; —2= 20 мкф;

C3= 0,1 мкф; —4= 750 пф; —5= 4700 пф; —6 = 1200 пф

—7= 300 пф, Lк = 5500 мк√н.

–ис. 19. —хема макета лабораторной работы є 4

ѕодготовить к работе генератор стандартных сигналов, милливольтметр переменного тока, осциллограф и генератор пр€моугольных импульсов. ќзнакомившись с назначением органов управлени€ лабораторной установки и присоединив к ней измерительные приборы, подключить установку к сети.

1. ќбеспечить работу усилител€ в классе ј.

2. Ёкспериментально определить коэффициент усилени€ усилител€ по напр€жению, и динамический диапазон усилител€ Uвхмакс при различных Rс. ƒать заключение, как вли€ет сопротивление Rc на кu0 и Uвхмакс;

3. —обрать схему усилител€, имеющего наименьшую полосу пропускани€. —н€ть и построить в полулогарифмическом масштабе ј„’. ќпределить нижний и верхнюю граничные частоты.

4. ѕовторить п. 3 дн€ усилител€, имеющего наиболее широкую полосу пропускани€ (без цепей коррекции),

5. ƒать заключение о вли€нии параметров транзистора и деталей схемы на граничные частота полосы пропускани€ усилител€.

6. –асширить полосу пропускани€ усилител€ (по сравнению с п.4) за счет применени€ цепей коррекции. —н€ть и построить ј„’ и оценить, на сколько при этом изменились граничные частоты.

7. »сследовать прохождение импульсного сигнала с параметрами tн= 10 мкс и f = 10 к√ц через линейный усилитель дл€ вариантов схемы п.3, п.4 и† п.6. ќценить искажени€ формы пр€моугольного импульса в каждом случае и найти по искажени€м граничные частоты усилител€.

8. –ассчитать кu0, fв , fн дл€ рассматриваемых† вариантов усилител€ и оценить относительную разность между вычисленными и экспериментально найденными значени€ми параметров.

 онтрольные вопросы

1. „ем различаютс€ между собой статические и динамические ¬ј’ унипол€рного транзистора?

2.  аковы источники Ќ„ и ¬„ искажений в усилителе?

3.  ак расширить полосу пропускани€ усилител€?

4.  акие детали определ€ют коэффициент усилени€ по напр€жению усилител€ и его динамический диапазон?

5.  акова св€зь между граничными частотами полосы пропускани€ усилител€ и искажени€ми формы пр€моугольного импульса, усиливаемого им?

Ћитература

ћанаеа ≈.». ќсновы радиоэлектроники. - ћ.: –адио и св€зь,1985. - —. I59-I62, 209-216.

ƒанные методические указани€ издаютс€ в соответствии с учебным планом. –ассмотрены и одобрены кафедрой »”-6 21,12.87г.-методической комиссией факультета »” 23.12.87 г. и учебно-мето-дическим управлением 08.01.88 г. –ецензент к.т.н. доц. ћеньков

 

 

 

¬нимание! ѕредставленна€ –абота находитс€ в открытом доступе в сети »нтернет, и уже неоднократно сдавалась, возможно, даже в твоем учебном заведении.
—оветуем не рисковать. ”знай, сколько стоит абсолютно уникальна€ –абота по твоей теме:

Ќовости образовани€ и науки

«аказать уникальную работу

ѕохожие работы:

ќсобенности и классификаци€ систем подвижной радиосв€зи (—ѕ–—)
Ёлектрорадиоматериалы. ћетодические указани€ к лабораторным работам
ѕроектирование защитного заземлени€ электроустановок
Ћекции по твердотельной электронике
‘оторезисторы
–азработка средств оценки эффективности алгоритмов поиска и обнаружени€ целей прицельных радиоэлектронных комплексов
–асчетные работы по электротехнике
ќптико-электронные системы
—¬„ тракт приЄма земной станции спутниковой системы св€зи
AVR микроконтроллер AT90S2333 фирмы Atmel

—вои сданные студенческие работы

присылайте нам на e-mail

Client@Stud-Baza.ru