Анализ работы виртуального усилителя с общим эмиттером

Для иллюстрации Вашей работы с реальным усилителем воспользуемся программой TINA для виртуального усилителя с общим эмиттером (рис. 10). Заметьте, что эмиттер подсоединён к общему или «земляному» проводу цепи. Зададим постоянное напряжение питания V1 = 10 В и установим напряжение на коллекторе транзистора 2N3904, равное половине напряжения питания. Это напряжение мы установим подбором сопротивления R2 = 370 кОм. Другая половина напряжения питания будет приложена к сопротивлению нагрузки R1 = 1 кОм. Усилитель нагружен на ёмкость конденсатора С2 = 1000 пФ.

На усилитель подано напряжение от генератора VG1. Форму, частоту и амплитуду входного напряжения можно менять. Токи и напряжения измеряют приборы AM1, AM2 и VM4.

Рис. 10А.

Схема усилителя на биполярном транзисторе.

(Сравните с рис. 6).

Рис. 10Б.

На этой же схеме включены измерительные приборы постоянного тока. Ток базы около 25 мкА, коллекторный ток около 5 мА. Значит статический коэффициент усиления тока около 200.

Среди имеющихся в нашем распоряжении приборов есть анализатор сигналов, который позволяет подать на вход усилителя синусоидальное напряжение небольшой амплитуды и менять его частоту. Получившийся график зависимости коэффициента усиления от частоты представлен на рис. 10. Он называется частотной характеристикой (ЧХ). Коэффициент усиления по напряжению в широком диапазоне частот постоянен. K ≈ 100.

Рис. 11.

Частотная характеристика усилителя (ЧХ).

Для того, чтобы определить входное сопротивление усилителя, подадим на вход синусоидальное напряжение с амплитудой 1 мВ и с частотой 2000 Гц. На схеме рис. 12А сопротивление в цепи базы R4 = 2 Ома, и оно много меньше входного сопротивления.

Рис. 12.

Измерение входного сопротивления усилителя.

На схеме рис 12Б сопротивление R4 подобрано таким образом, чтобы выходное напряжение уменьшилось вдвое. Это значит, что половина входного напряжения падает на этом сопротивлении, а другая половина – на входном сопротивлении усилителя. Значит, входное сопротивление R_ВХ = 2 кОм.

Если увеличивать входное напряжение и следить за выходным напряжением при помощи виртуального осциллографа, то можно добиться сильного искажения выходного напряжения. Одна из таких осциллограмм показана рис. 13.

Рис. 13.

Осциллограмма напряжения на выходе усилителя.

На вход подано синусоидальное напряжение с частотой 2 кГц и с амплитудой 100 мВ.

Размах напряжения от минимума до максимума равен напряжению питания.

Форма сигнала сильно отличается от синусоидальной. Если подать этот сигнал на анализатор спектра, то можно определить амплитуды гармоник в его спектре. На рис. 14 представлен образец такого спектра.

Рис. 14.

Работа анализатора спектра периодического сигнала.

Если нажать на правую кнопку под надписью Data, то можно получить более подробную запись спектра. Такая запись приведена на рис. 15 слева. Первая гармоника имеет частоту 2 кГц, вторая – 4 кГц и т.д.

На правой части этого рисунка приведена запись спектра выходного сигнала этого усилителя, работающего в линейном режиме. При этом амплитуда входного сигнала равна 2 мВ. Видно, что в линейном режиме никаких заметных гармоник нет.

Рис. 15.

Спектры выходного сигнала в разных режимах работы усилителя.

Рис. 16.

Если измерить величину пяти гармоник на левом спектре рис. 15 и сложить четыре косинуса с такими амплитудами и соответствующими частотами, то получится такой график. Здесь он наложен на осциллограмму рис. 13.

Литература:

Основная:

1. Г.А.Дружинин. ФОРЭ-Конспект-2015 сс1-138.
http://vk.com/doc-76117092_359713966?dl=b0471d8ba731d02d7a

2. А.П. Молчанов, П.М. Занадворов. Курс электротехники и радиотехники. Высшая школа, 1976. 479 с.
http://depositfiles.com/ru/files/3qnrw38hb

3. С.П. Вятчанин. Радиофизика. МГУ. 2005.
http://hbar.phys.msu.ru/hbar/pages/vyat/radio.htm
http://nature.web.ru/db/msg.html?mid=1180169&uri=page1.html
http://www.osc.phys.msu.ru/mediawiki/upload/Radiophysics/Vyatchanin/conswork.pdf

4. И.С.Гоноровский. Радиотехнические цепи и сигналы. М., 1986.
http://rzn-student.ru/litra/152-is-gonorovskiy-radiotehnicheskie-cepi-i-signaly-1986.html

5. A.Agarwal, J.H.Lang. Foundations of Analog and Digital Electronic Circuits. Elsevier. 2005. 984 p.
https://ttifab.wikispaces.com/file/view/Foundations+of+Circuits.pdf

Г.А.Дружинин,

G.Druzhinin@spbu.ru

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: