Усилительные свойства биполярных транзисторов
Санкт-
Петербургский политехнический университет
Институт
металлургии машиностроения и транспорта
Кафедра:
Мехатроники и робототехники при Центральном научно-исследовательском институте
робототехники и технической кибернетики(ЦНИИ РТК)
Отчет по лабораторной
работе №101
«Усилительные
свойства биполярных транзисторов»
Работу
выполнили студенты группы 33328/1:
Мухин
Р.С.
Фурин
И.О.
(Бригада
№3)
Работу
принял:
Лавров
А.П.
Санкт-Петербург
г.
Цель работы:
Изучить основные свойства биполярного транзистора
и особенности использования его в усилителях.
Измерительные приборы:
|
Название
|
Назначение
|
Погрешность
|
|
Милливольтметр
В3-38
|
Измерение
действующего значения синусоидального напряжения
|
Погрешность
измерения напряжения не выше 6% от максимума установленного предела измерения
|
|
Генераторы
сигналов ГЗ-33, Г3-112
|
Источник
синусоидального напряжения заданной часто- ты и амплитуды
|
Погрешность
по установ- ленной на приборе частоте не превышает (0,02 f+1 Гц)
|
|
Частотомер
Ч3-33
|
Измерение
частоты электри- ческих колебаний
|
Погрешность
измерения частоты не превышает 1/t, где t - время измерения.
|
|
Осциллограф
универсальный двух- канальный С1-83
|
Исследование
формы элек- трических колебаний, изме- рение напряжений и времен- ных
интервалов исследуе- мых сигналов
|
Погрешности
измерения менее 8% при размерах изображения от 2 до 6 дел. по вертикали или
от 4 до 8 дел. по горизонтали
|
Ход выполнения работы:
Выбор рабочей точки и оценка малосигнальных
параметров.
) Для рабочей точки был выбран коллекторный ток Iк=3
мА и UK
поддерживалось на уровне 5,5-6,0 В.
) Проведем оценку малосигнальных y
параметров для РТ:
Справочными данные транзистора КТ201Б:
β º h21 ≈ 50 и
UY = 140 В, UТ=25 мВ
y11= 2.4*10-3 См у12=-4,3*10-7
См
y21=0.12 См у22=
2,1*10-5 См
Исследование усилителя с общим эмиттером.
) Схема усилителя с общим эмиттером представлена
справа на рисунке 1.
RL=620 Ом, Cбл=150
мкФ, RБ=1 кОм
) Измерим коэффициенты усиления напряжения,
тока, мощности и входное сопротивление.
f=2,5 кГц U0=7.4
мВ U1=5 мВ U2=220мВ
Rвх= U1/IБ=5*10-3/(2,4*10-3/103)
=2 кОм
Коэффициент усиления напряжения:
|Ku|=
U2/ U1=220/5=44
Коэффициент усиления тока:
Ki=Iк/Iб=
( U2/RL)/((U0-
U1)/Rб)=
(220*10-3/620)/(2.4*10-3/103)=147.85
Коэффициент усиления мощности:
Kp=|Ku|*|Ki|=
6.5*103
) Вычислим малосигнальные параметры и сравним с
теоретическими расчетами на стр. 2:
биполярный транзистор усилитель
сопротивление
y11(пр)=1/ Rвх=0.5*10-3
См y11(теор)=
2.4*10-3 См
y21(пр)=S≈|Ku|/
RL=0.07 См y21(теор)=0.12
См
β(пр)= y21/
y11=70 β(теор)=50
) Исследуем зависимости коэффициентов усиления
напряжения, тока и входного сопротивления от рабочей точки. Данные измерений представлены
в табл.1:
|Ku|=
U2/ U1
; Ki=
( U2/RL)/((U0-
U1)/Rб
); Rвх
=U1/IБ
Таблица 1. Зависимость коэффициентов усиления
напряжения, тока и входного сопротивления от рабочей точки
|
Iк
, мА
|
U0 , мВ
|
U1, мВ
|
U2, мВ
|
|Ku|
|
Ki
|
Rвх, Ом
|
|
1
|
7,4
|
110
|
18,97
|
110,89
|
3625,00
|
|
1,5
|
7,4
|
5,5
|
140
|
25,45
|
118,85
|
2894,74
|
|
2
|
7,4
|
5,2
|
170
|
32,69
|
124,63
|
2363,64
|
|
2,5
|
7,4
|
5,1
|
200
|
39,22
|
140,25
|
2217,39
|
|
3
|
7,4
|
5
|
220
|
44,00
|
147,85
|
2083,33
|
|
3,5
|
7,4
|
4,7
|
260
|
55,32
|
155,32
|
1740,74
|
|
4
|
7,4
|
4,3
|
290
|
67,44
|
150,88
|
1387,10
|
|
4,5
|
7,4
|
4
|
320
|
80,00
|
151,80
|
1176,47
|
|
5
|
7,4
|
4
|
320
|
80,00
|
151,80
|
1176,47
|
Рисунок 2. График зависимости
коэффициента усиления напряжения от рабочей точки.
Рисунок 3. График зависимости
коэффициента усиления тока от рабочей точки.
Рисунок 4. График зависимости
входного сопротивления тока от рабочей точки.
) Снимем АХ U2=f(U1):
Таблица 2. Амплитудная характеристика U2=f(U1).
|
U1, мВ
|
U2, В
|
0,16
|
|
0,010
|
0,36
|
|
0,016
|
0,56
|
|
0,022
|
0,70
|
|
0,028
|
0,90
|
|
0,034
|
1
|
Рисунок 5. График амплитудной
характеристики U2=f(U1).
. Исследование эмиттерного повторителя с общим
коллектором.
) Схема эмиттерного повторителя с общим
коллектором представлена справа на рисунке 6:
Рисунок 6. Схема эмиттерного
повторителя с общим коллектором
RL=620 Ом
) Измерим коэффициенты усиления напряжения,
тока, мощности и входное сопротивление.
Рабочая точка: IK=2.9
мА U0=10 мВ U1=8,4
мВ U2=8мВ
β º h21 ≈ 50 и
UY = 140 В, UТ=25 мВ f=2,5
кГц
Rвх= U1/IБ=8,4*10-3/(1,6*10-3/10*103)
=52.5 кОм
Коэффициент усиления напряжения:
|Ku|=
U2/ U1=8/8,4=0,95
Коэффициент усиления тока:
Ki=Iк/Iб=
( U2/RL)/((U0-
U1)/Rб)=
(8,4*10-3/620)/(1,6*10-3/10*103) =84.6
Коэффициент усиления мощности:
Kp=|Ku|*|Ki|=
80
) Вычислим коэффициенты усиления и сравним с
расчетами:
y11= 2.32*10-3 См=
S= Iк=/Uт
=0.116 См’=-S*RL=-0.116*620=-71.92=|
Ku’|/(1+| Ku’|)=0.986 |Ku|=
0,95=1+ y21/ y11=51 Ki=84.6=
Ku* Ki=0.986*51=50,3 Kp= 80вх=(1+|
Ku’|)/y11=31.43*103 Rвх=52.5
) Измерим выходное сопротивление эмиттерного
повторителя:
RL'=50 Ом U2'=16
мВ
RL"=20 Ом U2"=10
мВ
Rвых=(
U2'- U2")/( U2"/ RL"- U2'/ RL')=33.33 Ом
Rвых=1/S=1/0.116=9
) Снимем
АХ
U2=f(U1):
Таблица 2. Амплитудная характеристика U2=f(U1)
эмиттерного повторителя.
|
U1, В
|
U2, В
|
|
1,2
|
0,8
|
|
1
|
0,7
|
|
0,8
|
0,6
|
|
0,6
|
0,4
|
|
0,4
|
0,3
|
|
0,2
|
0,2
|
|
0,007
|
0,0056
|
Рисунок 7. График амплитудной характеристики U2=f(U1)
эмитерного повторителя.
Вывод
В ходе выполнения лабораторной работы были
изучены основные свойства биполярного транзистора и особенности использования
его в усилителях.