Главная

Популярная публикация

Научная публикация

Случайная публикация

Обратная связь

ТОР 5 статей:

Методические подходы к анализу финансового состояния предприятия

Проблема периодизации русской литературы ХХ века. Краткая характеристика второй половины ХХ века

Ценовые и неценовые факторы

Характеристика шлифовальных кругов и ее маркировка

Служебные части речи. Предлог. Союз. Частицы

КАТЕГОРИИ:






Лабораторная работа №1. Практикум по аналоговой схемотехнике




Практикум по аналоговой схемотехнике

 

 

Учебное пособие для студентов по специальности 013800

- Радиофизика и электроника и 200700 -Радиотехника

 

Якутск 2009

Содержание

 

 

1. Введение…………………………………………………….………..3

 

2. Лабораторная работа №1

Расчет режима транзисторного каскада по постоянному току…….……….4

 

3. Лабораторная работа №2

Расчет амплитудно-частотной характеристики каскада с ОЭ…….……….10

 

4. Лабораторная работа №3

Усилитель постоянного тока с гальваническими связями………….……...17

 

5. Лабораторная работа №4

Двухтактный усилитель мощности………………………………………….22

 

6. Лабораторная работа №5

Генераторы гармонических колебаний………………………….…………..29

 

7. Лабораторная работа №6

Компенсационный стабилизатор напряжения………………….…………..38

 

8. Лабораторная работа №7

Дифференциальный усилитель на транзисторах………….………………..43

 

9. Лабораторная работа №8

Изучение усилителей на ОУ…………………………………………………50

 

10. Лабораторная работа №9

Операционные усилители в активных rc фильтрах………………………..62

 

11. Лабораторная работа №10

Изучение компаратора напряжения…………………………………..…….71

 

12. Лабораторная работа №11

Исследование влияния обратной связи на параметры усилителя…..…….79

 

Литература …………………………………………………………….93

 

Приложение 1………………………………………………………….94


 

Аннотация

 

В учебное пособие вошли описания 11 лабораторных работ по курсу «Основы схемотехники», позволяющих студентам самостоятельно рассчитать и экспериментально проверить типовые схемы аналоговых электронных устройств.

Учебное пособие предназначено для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности 013800 – «Радиофизика и электроника». Пособие также может быть использовано студентами при изучении спецкурса «Схемотехника аналоговых электронных устройств» по специальности 017500 –«Радиофизика и электроника» (направление «Радиотехника»).

Пособие также окажется полезным для инженерно-технических работников, занимающихся разработкой, эксплуатацией и ремонтом радиоэлектронной аппаратуры.

 


Введение

 

Лабораторный практикум охватывает 11 работ. К каждой работе дается минимальный теоретический материал, содержащий физическое обоснование темы и расчетные формулы. При выполнении данного практикума студенты приобретают навыки расчета основных типов аналоговых схем, используемых в современной радиоэлектронике. После расчета схем с использованием вольтамперных характеристики полупроводниковых приборов (транзисторов, диодов, стабилитронов) студенты собирают схемы на заранее подготовленных макетных платах. Во время сборки схемы они приобретают навыки пайки.

Далее проводится экспериментальная проверка работоспособности собранной схемы и снятие основных характеристик с помощью электронных приборов (тестер, генератор сигналов, осциллограф). В случае необходимости проводится налаживание схемы, т.е. экспериментальный подбор режима работы транзистора или операционного усилителя.

Общие требования к студентам, выполняющим лабораторные работы: детально ознакомиться с описаниями лабораторных работ, провести расчеты рабочего режима заданных элементов (транзисторов, операционных усилителей) по методике, приведенной в описании каждой лабораторной работы.

При допуске к выполнению работы студент должен знать цель работы, иметь готовые результаты расчетов в виде номиналов резисторов и конденсаторов, обеспечивающих рабочий режим активному элементу, используемому в каждой конкретной работе.

После сборки и снятия рабочих режимов и характеристик схемы студент готовит отчет, где приводятся необходимые графики, результаты сравнения расчетных и полученных экспериментальных данных.

В данном учебном пособии приведены описания 11 лабораторных работ, которые занимают достаточно большой объем, т.е. больше чем предусмотрено по учебному плану. Поэтому допускается выбор студентом необходимого числа работ из предоставленных 11 работ.

 

 

Составители:

Мельчинов В.П., доцент кафедры радиотехники и

информационных технологий ФТИ, к.ф.-м.н.

Попов В.И, аспирант кафедры радиофизики и

электроники ФТИ.


Лабораторная работа №1

Расчет режима транзисторного каскада по постоянному току

 

1. Способы подачи смещения на транзисторный каскад.

Для обеспечения рабочего режима биполярного транзистора необходимо подать напряжение смещения между базой и эмиттером, которое составляет 0,2-0,3 В для германиевых и 0,4-0,6 В для кремниевых транзисторов. Существует два способа подачи смещения от общего источника питания: а) смещение фиксированным током базы (рис.1а), б) смещение фиксированным напряжением база-эмиттер(рис.1б).

 

а б

 

Рис.1. Способы подачи смещения для биполярного транзистора.

 

Для рис.1а необходимое значение резистора вычисляется следующим образом:

 

Rб = (Eк - Uбэп)/Iбп » Eк/Iбп (1)

 

где Eк - напряжение источника питания, U бэп - напряжние база-эмиттер в точке покоя, Iбп - ток базы покоя.

Коллекторный ток покоя равен:

Iкп = b Iбп + (1 + b) I кбо, (2)

 

где b- коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ,

Iкбо - обратный ток коллектора в схеме с ОБ.

Здесь считаем, что b- и Iкбо зависят от температуры.

Переходя к пpиpащениям для термозависимых параметров получим:

 

DIк = bDI кбо + IбпDb+ I кбоDb (3)

 

Упростим это выражение:

 

DIк = Iкп Db/b + bDIкбо, (4)

 

где I кп - ток покоя транзистора при заданном токе базы.

Известно, что I кбо в сильной степени зависит от температуры:

 

Iкбо = Iкбо нач еDt/10, (5)

 

здесь Iкбо нач - начальное значение обратного тока коллектора,

Dt - изменение температуры.

При колебаниях температуры изменения тока коллектоpа могут быть значительными, что может привести к смещению рабочей точки.

При другом способе подачи начального смещения на транзистор применяется резисторный делитель напряжения (рис.1а), так называемый способ подачи смещения с помощью делителя.

Напряжение смещения на базе транзистора равно:

 

Uсм = ЕкRб2 / (Rб1 + Rб2) (6)

 

Необходимое смещение Uсм равно напряжению Uбэп в точке покоя транзистора.

Приведенные выше способы подачи смещения на транзистор не устраняют температурную зависимость тока коллектора в точке покоя. Под воздействием изменения температуры будет изменяться неуправляемая часть коллекторного тока DIкбо (обратный ток коллектора), что приведет к изменению тока покоя транзистора, а значит к смещению рабочей точки. Величина изменения результирующего тока коллектора зависит от способа подачи смещения на транзистор.

Температурную зависимость режима транзистора по постоянному току принято оценивать коэффициентом температурной нестабильности:

 

S = DIкп/ DIкбо, (7)

где DIкбо – изменение обратного тока коллектора при изменении температуры транзистора,

DIкп- изменение тока покоя коллектора транзистора за счет DIк.

Чем меньше коэффициент нестабильности каскада, тем меньше влияние изменения DIкбо на величину коллекторного тока.

Оценим коэффициент температурной нестабильности для каскада с фиксированным током базы (рис.1а). Обратный ток коллектора Iкбо, протекающий через транзистор втекает и в базу транзистора, т.е. является температурнозависимой частью тока базы. Кроме этого тока протекает ток покоя базы Iбп, определяемый резистором Rб. Поэтому с учетом этих двух составляющих тока базы ток коллектора запишется в следующем виде:

 

Iкп = Iкбо(1+b) + bIбп (8)

 

В этом выражении принято различать неуправляемую составляющую тока коллектора Iкбо(1+b), которая зависит только от температуры и управляемую часть тока коллектора, которая зависит от втекающего(вытекающего) в транзистор тока базы покоя. Считая Iбп=соnst, получим:

 

DIкп = DI кбо(1 + b) (9)

 

Отсюда:

S = DIкп/DIкбо = 1 +b (10)

 

т.е. коэффициент нестабильности каскада велик (порядка 50-200). Это означает, что в данной схеме изменение Iкбо за счет температуры входят в ток покоя транзистора увеличенными в 50-200 раз. Например, если увеличение обратного тока коллектора составляет 10 мкА при изменении температуры на 1С0, то при увеличении температуры на 20С0, неуправляемая часть коллекторного тока составит порядка 2-8 мА. Это приведет к тому, что рабочая точка транзистора сместится, причем весьма существенно.

 

2. Температурная стабилизация в схеме с фиксированным током базы.

 

В случае, когда не требуется очень высокая температурная стабильность рабочей точки, можно воспользоваться следующей схемой стабилизации рабочего режима:

 

Рис. 2. Температурная стабилизация при смещении фиксированным током базы

 

Здесь стабилизация осуществляется за счет отрицательной обратной связи (ООС) по напряжению. Пусть под действием дестабилизирующего фактора ток покоя коллектора увеличился, как следствие этого возрастает ток коллектора (Iкп=ΔIкбо(1+b) + bIбп) и уменьшается напряжение коллектор-эмиттер (Uкэпк – IкпRк) что приводит к снижению тока базы Iб=(Uкэп- Uбэп)/Rб, а с уменьшением тока базы падает и ток коллектора Iк=b Iб. Таким образом, увеличение неуправляемой части коллекторного ((b+1)Iкбо) компенсируется уменьшением управляемой части тока коллектора – рабочая точка транзистора на выходной характеристике не меняется.

Значение резистора Rб можно определить как:

 

Rб = (Eк-IкпRк)/Rб (11)

 

Коллекторный ток покоя равен:

 

Iкп = b((Eк-IкпRк)/Rб) + (b +1)I кбо (12)

или

 

Iкп(Rб+Rк) = Eкb /Rб - IбRкb /Rб +b +1)I кбо /Rб (13)

 

Переходя к приращениям за счет изменения температуры, получим:

 

DIкп = Rб(b +1)I кбо /(Rб+Rк) (14)

 

Тогда:

S = DIк/DI кбо =Rб(b +1)/(Rб+Rкb) =

= (b +1)/(1+Rкb /Rб)» b /(1+Rкb /Rб)» Rб/Rк (15)

 

 

3. Температурная стабилизация в схеме с фиксированным напряжением база-эмиттер.

 

Для улучшения температурной стабилизации тока покоя транзистора используется схема, приведенная на рис.3.

 

 

Рис. 3. Температурная стабилизация при подаче смещения с помощью делителя.

Стабилизация коллекторного тока в этой схеме осуществляется следующим образом. Если под действием какого-либо дестабилизирующего фактора увеличится ток коллектора, то он вызывает рост эммитерного тока, что приведет к увеличению падения напряжения на резисторе Rэ. Это напряжение вызывает уменьшение напряжения Uбэ, что ведет к уменьшению тока базы, а значит управляемой части тока коллектора. Таким способом и осуществляется поддержание коллекторного тока на одном уровне.

Коэффициент нестабильности для данной схемы можно оценить следующим образом:

 

S»Rб/Rэ, (16)

где Rб – параллельное соединение резисторов Rб1, R б2.

 

4. Расчет режима транзистора в схеме с ОЭ по постоянному току с фиксированным напряжением база-эмиттер и температурной стабилизацией.

 

 

Рис.4. Входная (а), выходная (б) характеристики биполярного транзистора.

 

Порядок расчета режима транзистора по его рабочей точке.

1. По выходным характеристикам, предложенного преподавателем транзистора (рис.4б), определите положение рабочей точки А. Координаты точки А должны удовлетворят следующим условиям: Uкп@ Ек/2 и Iкп £ Iкмах/2.

2. Через рабочую точку А и точку Ек=12 В на ВАХ транзистора проведите нагрузочную прямую (рис.4б).

3. Задавшись напряжением на эмиттерном резисторе URэ=(0,1-0,3)Eкэ можно определить Rэ.

4. Задавшись током делителя Iд=(5-10)Iб, можно определить цепи смещения транзистора по следующим очевидным соотношениям:

 

URб2=Uбэ+URэ, URб1=Eк- URб2, Rб2= URб2/ Iд, Rб1= (Eк-URб1)/(Iд+IБ)

Ток базы определяется положением рабочей точки А на выходной характеристике транзистора (рис.4а).

Сопротивление Rб1 определяется по формуле:

+Rб2.

5. Используя формулу (6) можно оценить коэффициент температурной нестабильности S, который должен находиться в пределах 4-8. Если значение S не удовлетворяет данным значениям необходимо пересчитать цепь смещения рабочего режима транзистора при других значениях Rэ и тока делителя

6. Определив максимальный ток, отсекаемый нагрузочной прямой Imax = Eк/(Rк+Rэ), найдите значения резистора Rк

 

Задания к работе:

 

1. По вольтамперным характеристикам транзистора рассчитать его режим по постоянному току с фиксированным смещением на базу с температурной стабилизацией (рис.3).

2. Собрать схему на макетной плате, определить с помощью вольтметра, полученный режим транзистора по постоянному току и сравнить с расчетами.

3. В случае необходимости подбором резисторов Rб1 и Rб2 добиться желаемого режима транзистора.

 

Контрольные вопросы:

 

1. Какие существуют способы подачи смещения на биполярный транзистор?

2. Объясните возникновение температурной нестабильности режима транзисторного каскада и способы его уменьшения.

3. Как происходит температурная стабилизация в при подаче смещения фиксированным током базы и с помощью делителя напряжения?

4. Из каких соображений выбирается рабочая точка транзистора?

5. Как изменить положение рабочей точки транзистора?

 

 






Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:

vikidalka.ru - 2015-2024 год. Все права принадлежат их авторам! Нарушение авторских прав | Нарушение персональных данных