ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ БИПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА НА ВЫСОКИХ ЧАСТОТАХ, В УСИЛИТЕЛЬНОМ РЕЖИМЕ

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Экспериментально исследовать зависимость параметров биполярного транзистора от частоты, а также параметров усилительного каскада от сопротивления нагрузки в выходной цепи.

2. ЛИТЕРАТУРА

1. Бреус А. И., Савченко К. И., Сподобаев Ю. М. Электроника. Учебное пособие для вузов. - М.: Радио и связь, 2001. – С. 20-26.

2. Петров К. С. Радиоматериалы, радиокомпоненты и электроника. Учебное пособие. - СПб.: Питер, 2003.– С. 244–270.

3. Пасынков В. В., Чиркин Л. К. Полупроводниковые приборы. Учебник для вузов. – СПб.: Издательство «Лань», 2003. – С. 248–261.

3. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Назовите основные причины, ухудшающие усилительные свойства БПТ с повышением рабочих частот.

2. Расскажите о влиянии конструктивных особенностей транзистора (толщина базы, емкости переходов и т.д.) на частотную зависимость свойств.

3. Какая схема (ОБ, ОЭ, ОК) и какой транзистор (n-p-n или p-n-p) имеют лучшие частотные свойства?

4. Изобразите и поясните зависимость коэффициентов передачи токов эмиттера и базы от частоты.

5. Коэффициент усиления по току на низкой частоте равен 100. Определите коэффициент усиления на предельной частоте.

6. Дайте определения параметрам: граничная частота усиления и максимальная частота генерации.

7. Определите сдвиг фаз между входным и выходным токами на частоте в раз большей предельной частоты.

8. Определите модуль коэффициента передачи тока эмиттера на частоте 17,3 МГц, если известно, что на низких частотах он равен 0,96 и предельная частота 10 МГц.

9. Изобразите и поясните график зависимости фазового сдвига между входным и выходным токами от частоты.

10. Изобразите схему простейшего усилителя при включении БПТ в схему с ОЭ. Поясните работу и назначение элементов схемы.

11. Объясните методику построения нагрузочной линии в системе выходных характеристик БПТ. Как зависит ее положение от напряжения питания Е ₂ и сопротивления нагрузки R _н?

12. Объясните зависимость коэффициентов усиления (К_u, K_i, K_p) от величины сопротивления нагрузки в выходной цепи.

13. Какая схема (ОБ, ОЭ, ОК) обеспечивает наибольший коэффициент усиления по току, по напряжению, по мощности?

14. Запишите выражения для рабочих параметров К_u, K_i, K_p, R _вх усилителя при включении БПТ с ОБ. Произведите сравнение со схемами с ОЭ и ОК.

15. Объясните методику построения временных диаграмм токов и напряжений БПТ при большом гармоническом сигнале.

4. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Задание 1. Исследование зависимости параметров биполярного транзистора от частоты.

Собрать схему, представленную на рис. 1. Тип транзистора 2N3904, амплитуда входного сигнала U _вх=10 мВ, вольтметр в режиме измерения переменного напряжения (АС). От источников постоянного напряжения на вход подается 0,7 В; на выход 10 В.

Меняя частоту входного сигнала, измерить вольтметром выходное напряжение U _вых. Рассчитать коэффициент усиления по напряжению (в разах и децибелах) и нормированную частотную характеристику Y = К / К ₀, где К ₀ – коэффициент передачи на низкой частоте. Результаты измерений занести в таблицу 1.

С помощью анализатора частотных характеристик Bode Plotter (ВР), окно которого открывается двойным щелчком мыши по его изображению (рис. 1), наблюдать полученную АЧХ (рекомендуемые установки F® 50дБ, 200ГГц; I® 1 0дБ, 1кГц). Передвигая визир, снять частотную характеристику К (дБ) на частотах, указанных в таблице 1. Определить предельную частоту усиления f_β. На этой частоте коэффициент передачи уменьшается на 3 дБ, по сравнению с его значением на низкой частоте.

Таблица 1
U вх=10 мВ
f, кГц		102	103	104	=…	105	106
U вых, В
К=U вых /U вх
Y = К / К 0
Красч (дБ)=20 lg K
К, дБ (ВР)
j, 0 (ВР)
j* = j –1800

Затем переключить Bode Рlotter в режим измерения фазы (кнопка Phase, рекомендуемые установки F ®180⁰, I ®0⁰). В том же диапазоне частот снять фазо-частотную характеристику. При этом учесть, что выходной ток и напряжение противофазны, поэтому из измеренных значений нужно вычитать 180⁰. Результаты занести в таблицу 1.

Построить графики зависимости К=ψ (f) (или Y = ψ (f)) и j^*=ψ (f). На графике указать предельную частоту, на которой коэффициент передачи уменьшается в раз (на 3 дБ).

Задание 2. Работа транзистора с нагрузкой в цепи коллектора при синусоидальном сигнале на входе.

Собрать схему, приведенную на рис. 2. Установить частоту входного сигнала f =1000 Гц, амплитуду входного сигнала I _mб=0,1мА; напряжение источника питания Е =10 В; постоянную составляющую тока базы I _б0=0,3мА; сопротвление нагрузочного резистора R _н=100 Ом. Установить вольтметры и амперметр в режим измерения переменного сигнала (АС).

Активизируя схему, измерить амплитудные значения выходного тока I _mк, выходного напряжения U _mкэ, входного напряжения U _mбэ. Результаты измерений занести в таблицу 2.

По данным измерений рассчитать параметры усилительного каскада:

-коэффициенты усиления по току К_i, по напряжению K_u, по мощности K_p;

-мощность сигнала на входе Р ₁, активную мощность на выходе Р ₂;

-входное сопротивление транзистора R _вх.