Лабораторный практикум по курсам “Физические основы электроники” и ”Силовая электроника” (стр. 2 )

Стабилизаторы делятся на параметрические и компенсационные.

Параметрический стабилизатор обеспечивает поддержание выходного напряжения за счет собственной нелинейности используемого полупроводникового элемента, обычно стабилитрона.

Схема параметрического стабилизатора приведена на рис 3.1.

 

Она построена по параллельному принципу стабилизации, когда для

поддержания выходного напряжения используется участок обратного электрического пробоя стабилитрона VD1.

Вольтамперная характеристика (ВАХ) стабилитрона приведена на рис. 3.2.

 

В параметрическом стабилизаторе колебания UВХ или IН приводят только к изменению тока через стабилитрон VD1, а напряжение на подключенном параллельно нагрузке стабилитроне остается неизменным. При этом входное напряжение распределяется между балластным сопротивлением Rб и стабилитроном, то есть UВХ = UR б + UСТ , где UR б = (IСТ + IН) Rб – падение напряжения на балластном сопротивлении.

Поскольку в соответствии с ВАХ стабилитрона UСТ почти не зависит от IСТ в пределах рабочего участка, то приращение входного напряжения ΔUВХ примерно равно приращению падения напряжения ΔUR б на Rб. Поскольку IН = UН /RН = UСТ /RН остается при этом неизменным, то ΔUВХ = ΔUR б = Δ IСТ Rб, то есть при изменении UВХ на ΔUВХ ток стабилитрона изменяется на величину ΔUВХ/Rб. Изменение нагрузки, например за счет уменьшения RН , приводит к увеличению IН. Поскольку при UВХ = const

должно сохраняться постоянство входного тока IВХ = IСТ + IН, то увеличение IН влечет за собой такое же уменьшение IСТ.

Основными характеристиками стабилизатора являются:

1. Выходное сопротивление, определяемое дифференциальным сопротивлением RД на рабочем участке ВАХ, описывается выражением

.

2. Коэффициент стабилизации, определяемый следующим выражением

,

откуда следует, что с ростом номинала балластного сопротивления Rб увеличивается коэффициент стабилизации KСТ параметрического стабилизатора. Однако при заданных значениях UВХ , UН , IСТ НОМ и IН сопротивление однозначно определяется выражением

,

где .

Поэтому для увеличения Rб необходимо повышать UВХ, что приводит к уменьшению KСТ , который обычно не превышает значения 50.

Параметрические стабилизаторы просты и надежны, однако в них невозможно регулировать выходное напряжение и мал коэффициент KСТ .

Более высокий коэффициент стабилизации KСТ имеют компенсационные стабилизаторы, реализуемые по обобщенной структурной схеме, приведенной на рис. 3.3.

 

В этой схеме регулирующий элемент РЭ включен последовательно с нагрузкой RН и выполняет роль балластного сопротивления. Разностный сигнал рассогласования заданного (опорного) напряжения и напряжения на нагрузке |UН – UОП |, формируемый схемой сравнения СС, поступает на вход усилителя У постоянного тока, усиливается и воздействует на РЭ таким образом, что при положительном рассогласовании (UН – UОП) > 0 внутреннее сопротивление РЭ возрастает и падение напряжения на нем UРЭ увеличивается. При отрицательном рассогласовании (UН – UОП) < 0 наоборот, внутреннее сопротивление РЭ и падение напряжения на нем UРЭ уменьшаются, что приводит к возрастанию выходного напряжения UН.

Принципиальная схема компенсационного стабилизатора непрерывного действия приведена на рис. 3.4.

 

Регулирующим элементом в этой схеме является составной транзистор VT2-VT3 (с большим коэффициентом усиления), источником опорного напряжения – параметрический стабилизатор на элементах VD2 и R4, источником напряжения, пропорционального выходному напряжению UН на нагрузке – напряжение со средней точки делителя на резисторах R5 и R6, сравнивающим и усиливающим элементом – транзистор VT4.

В состав компенсационного стабилизатора входит источник постоянного тока, собранный на диоде VD1, транзисторе VT1 и резисторах R1 и R2, который обеспечивает соблюдение условия

IК 1 = IБ 2 + IК 4 = const . (3.1)

При увеличении UВХ возрастает выходное напряжение на нагрузке UН и напряжение рассогласования на входе транзистора VT4, равное разности |UR 6 – UVD 2 |, становится положительным. Это вызывает увеличение коллекторного тока IК 4 транзистора VT4 и такое же уменьшение базового тока IБ 2 транзистора VT2, что следует из условия (3.1). При этом происходит

возрастание внутреннего сопротивления составного транзистора VT2-VT3 и увеличение падения напряжения на нем. Выходное напряжение на нагрузке UН в этом случае уменьшается, стремясь к номинальному значению. При уменьшении UВХ и, следовательно, UН процессы в транзисторах VT4 и VT2-VT3 меняются на противоположные, что приводит к увеличению UН до значения, близкого к номинальному.

2. Задание на лабораторную работу

2.1. Исследовать работу параметрического стабилизатора:

а) снять и построить внешнюю характеристику UН = f (IН );

б) снять и построить характеристику UН = f (UВХ );

в) определить внутреннее сопротивление и коэффициент стабилизации.

2.2. Исследовать работу компенсационного стабилизатора:

а) снять и построить внешнюю характеристику UН = f (IН );

б) снять и построить характеристику UН = f (UВХ );

в) определить выходное сопротивление и коэффициент стабилизации.

3. Порядок выполнения работы

3.1. Исследование работы параметрического стабилизатора:

1. Для снятия и построения внешней характеристики UН = f (IН) стабилизатора необходимо выполнить следующие действия:

– ручкой регулирования « UВХ » установить постоянное входное напряжение UВХ =19 В в контрольной точке Х1;

– изменяя ручкой « RН » ток нагрузки IН , контролировать в точке Х2 изменение напряжения на нагрузке UН , а значения IН и UН занести в таблицу;

– одновременно следует снимать значения тока стабилитрона IСТ, которое также заносить в таблицу;

– по табличным данным построить график внешней характеристики UН = f (IН ) параметрического стабилизатора.

ПРИМЕЧАНИЕ: токи IН и IСТ определять путем измерения падений напряжений на шунтах rш = 1 Ом в контрольных точках Х4 и Х3 соответственно.

2. Для снятия и построения зависимости UН = f (UВХ ) стабилизатора необходимо выполнить следующие действия:

– при токе нагрузки IН =10 мА, изменяя ручкой « UВХ » входное напряжение в пределах от 17 до 21 В, контролировать в точке Х2 соответствующее изменение напряжения на нагрузке UН. Результаты измерений занести в таблицу;

– по табличным данным построить график зависимости UН = f (UВХ ) параметрического стабилизатора.

3. Для определения внутреннего сопротивления и коэффициента стабилизации параметрического стабилизатора использовать полученные характеристики UН = f (IН ) и UН = f (UВХ ).

2. Исследование компенсационного стабилизатора:

1. Для снятия и построения внешней характеристики UН = f (IН ) стабилизатора необходимо выполнить следующие действия:

– с помощью ручки « UВХ » установить постоянное входное напряжение UВХ =19 В в контрольной точке Х1;

– изменяя ручкой «RН » ток нагрузки IН от минимального до максимального значения, контролировать соответствующее изменение напряжения на нагрузке UН . Значения IН и UН занести в таблицу;

– по табличным данным построить график внешней характеристики UН = f(IН ) компенсационного стабилизатора.

ПРИМЕЧАНИЯ:

1. В процессе изменения тока нагрузки IН следует поддерживать постоянным входное напряжение UВХ, а ток IН определять путем измерения падения напряжения на шунте rш =1 Ом в контрольной точке Х6;

2. Для измерения напряжения на нагрузке UН следует использовать компенсационный метод, позволяющий измерить малые приращения напряжения. Измерения UН проводятся в следующем порядке:

– установить и измерить минимальный ток IН;

– измерить и записать значение напряжения UНО в контрольной точке Х5;

– вращая ручку «Е1 », регулирующую компенсирующее напряжение, которое устройством СУ сравнивается с напряжением UН , добиться на выходе СУ напряжения не более ±(20–30) мВ и записать его;

– изменяя ток нагрузки IН , определять приращение ΔUН как разность между новым и запомненным значениями напряжений с учетом знака на выходе СУ;

– получить значение напряжения на нагрузке в результате выполнения сложения UН = UНО + ΔUН.

2. Для снятия и построения зависимости UН = f (UВХ) стабилизатора необходимо выполнить следующие действия:

– при токе нагрузки IН =80 мА, изменяя ручкой « UВХ » входное напряжение в пределах от 17 до 21 В, контролировать изменение напряжения на нагрузке UН , используя компенсационный метод измерения. Результаты измерений занести в таблицу;

– по табличным данным построить график внешней характеристики UН = f (UВХ ) компенсационного стабилизатора.

3. Для определения внутреннего сопротивления и коэффициента стабилизации необходимо:

– по внешней характеристике UН = f (IН ) определить выходное сопротивление стабилизатора, используя формулу RВЫХ = ΔUН / ΔIН .

– определить коэффициент стабилизации с помощью выражения

,

где UВХНОМ = 20 В, UН НОМ = UНО.

4. Контрольные вопросы

1.  Дайте определение стабилизатора.

2.  Объясните принцип работы параметрического стабилизатора.

3. Приведите структурную схему компенсационного стабилизатора и поясните принцип его работы.

4. Объясните процесс измерения малых изменений напряжения компенсационным методом.

6. Перечислите основные параметры, характеризующие работу стабилизатора.

Работа № 4

УСИЛИТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Цель работы: исследование дифференциального усилителя и интегрального операционного усилителя.

1.  Краткие теоретические сведения

Дифференциальным усилителем называется балластный (мостовой) усилительный каскад параллельного типа, состоящий из двух однокаскадных усилителей постоянного тока (УПТ), использующих общий эмиттерный резистор.

В отличие от обычных усилителей постоянного тока такое построение дифференциального усилителя обеспечивает высокую стабильность его параметров (например, уменьшение дрейфа) при воздействии внешних дестабилизирующих факторов, большой коэффициент усиления дифференциальных входных сигналов и высокую степень подавления синфазных помех.

Типовая схема дифференциального усилителя приведена на рис. 4.1.

Элементы схемы образуют мост, в одну диагональ которого включен источник питания с напряжением ЕКΣ = ЕК + ЕЭ ,а в другую – сопротивление нагрузки RН (между коллекторами транзисторов VT1 и VT2). С помощью источника питания ЕЭ снижается потенциал эмиттеров обоих транзисторов относительно земли, что позволяет подавать входные сигналы без введения дополнительных компенсирующих напряжений, как у обычных УПТ. Входы UВХ1 и UВХ2 называются дифференциальными и допускают одновременную подачу входных напряжений от двух источников сигналов или от одного источника сигнала (например, плюсом – на UВХ1 , а минусом – на UВХ2). Такая схема требует применения близких по параметрам транзисторов и равенства сопротивлений резисторов RК1 и RК2 , благодаря чему

при входных сигналах, равных нулю, достигается баланс моста, когда напряжения на коллекторах транзисторов равны и выходное напряжение UВЫХ = UК1 – UК2 = 0. Тогда при одинаковых дрейфах по обоим усилительным каскадам напряжения на коллекторах транзисторов меняются на одну и ту же величину и дрейф на выходе дифференциального усилителя отсутствует.

 

В реальных схемах дрейф, вызванный воздействием дестабилизирующих факторов (нестабильностью источников питания, изменением температуры и других), всегда присутствует, но он существенно меньше, чем в УПТ. При UВХ1 = UВХ2 = 0 ток IЭ через RЭ резистор делится поровну между двумя транзисторами, т. е. IЭ1 = IЭ2 = IЭ/2, токи баз транзисторов равны между собой (IБ 1 = IБ 2) и равны между собой токи коллекторов (IК1 = IК2 ). Тогда

UК1 = UК2 ≈ ЕК – IЭ (RК+ RЭ)/2,

где RК = RК1 + RК2 .

Данное состояние схемы характеризуется как режим баланса или покоя.

Приложим от внешнего источника к первому входу положительное напряжение UВХ1 = + Е1 при UВХ2 = 0. При этом через входные цепи обоих транзисторов будет протекать ток, увеличивающий ток базы транзистора VT1 и уменьшающий ток базы транзистора VT2. Соответственно токи IЭ1 и IК1 увеличиваются, а токи IЭ2 и IК2 уменьшаются. Изменение токов обоих транзисторов происходит на одну и ту же величину, поэтому напряжение UК1 =ЕК + IК1RК1 уменьшается на величину –ΔUК1 , противоположную по знаку (проинвертированную) напряжению Е1, а напряжение UК2 =ЕК + IК2RК2 возрастает на величину + ΔUК2, совпадающую (неинвертированную) по знаку с Е1. Поэтому дифференциальное напряжение, снимаемое с выхода усилителя, определяется выражением

UВЫХ = UК 1 – UК2 = ΔUК2 + ΔUК1 = 2 ΔUК .

Аналогично, но с противоположными знаками приращений, протекают процессы в схеме дифференциального усилителя при приложении к первому входу напряжения Е1 другой полярности, либо при подключении плюсового потенциала Е1 к UВХ1, а минусового – к UВХ2.

Таким образом,

UВЫХ = – К1 UВХ1 – (– К2UВХ2 ),

где К1 – коэффициент усиления каскада на транзисторе VT1, а К2 – коэффициент усиления каскада на транзисторе VT2.

В общем случае UВХ1 = – UВХ2 и UВХ = UВХ1 – UВХ2 = 2 UВХ. Тогда в окончательном виде получим

UВЫХ = – UВХ (К1 +К2)/2 = – UВХ КДИФ,

где КДИФ = (К1 +К2)/2 – коэффициент усиления дифференциального усилителя.

При подаче одного и того же сигнала на оба входа одновременно, то есть, когда UВХ1 и UВХ2 совпадают по амплитуде и фазе, выходное напряжение определяется как результат усиления синфазной помехи (различные наводки, действующие на оба входа одновременно), то есть

UВЫХ = – kСИНФ (UВХ1 – UВХ2 ),

где КСИНФ = (К1 +К2)/2 – коэффициент усиления дифференциального усилителя по синфазной помехе, равный нулю при полной симметрии параметров отдельных УПТ, реализованных на транзисторах VT1 и VT2.

В реальных схемах из-за несимметрии параметров УПТ появляется дрейф ΔUВЫХ , соответствующий синфазной ошибке на дифференциальном выходе и оцениваемый коэффициентом усиления синфазного сигнала:

,

где ΔUСИНФ – величина синфазного сигнала.

Операционный усилитель (ОУ) – это аналоговая интегральная схема, предназначенная для построения высококачественных усилителей с большим коэффициентом усиления, а также различных устройств, выполняющих операции преобразования и обработки входных сигналов (двух - и многовходовых сумматоров, вычитателей, интеграторов, дифференциаторов, ограничителей, фильтров и других).

ОУ строится по трехкаскадной схеме, приведенной на рис. 4.2.

 

Входной каскад представляет собой дифференциальный усилитель, что позволяет уменьшить величину дрейфа, получить высокий коэффициент усиления и высокое входное сопротивление, а также подавить синфазные помехи на входе ОУ.

Согласующий каскад служит для согласования выходного сигнала дифференциального усилителя с выходным каскадом ОУ, обеспечивая необходимое его усиление по току и напряжению, а также для согласования фаз сигналов.

Выходной каскад обеспечивает необходимое усиление по мощности и строится обычно по двухтактной схеме.

Условное графическое изображение ОУ приведено на рис. 4.3.

 

С учетом фазовых соотношений входного и выходного сигналов один из входов ОУ (Х8) называется неинвертирующим, а другой (Х7) – инвертирующим. Выходное напряжение связано с входными напряжениями соотношением

UВЫХ = КU (UВХ1 – UВХ2 ),

где КU – собственный коэффициент усиления ОУ по напряжению.

Значение КU теоретически может равняться бесконечности, однако на практике оно обычно ограничено значением 10 6.

В качестве источника питания ОУ обычно используется двухполярный источник напряжения со средней точкой, что предполагает возможность изменения не только уровня, но и полярности как входного, так и выходного напряжений ОУ. Вследствие этого передаточная характеристика ОУ UВЫХ = f (UВХ ) относительно неинвертирующего входа UВХ1 расположена в двух квадрантах и имеет вид, приведенный на рис. 4.4.

Как видно из характеристики, максимальное положительное и максимальное отрицательное напряжения всегда меньше напряжения питания UП.

Основными параметрами ОУ являются:

1. Коэффициент усиления ОУ по напряжению:

, (4.1)

2. Входное напряжение смещения UСМ (смещение нуля), обусловленное несимметричностью параметров дифференциального каскада и определяемое как напряжение, которое необходимо подать на вход усилителя для того, чтобы его выходное напряжение было равно нулю при отсутствии полезного сигнала. Типовое значение UСМ – от единиц до десятков милливольт.

который определяется на линейном участке передаточной характеристики ОУ.

3. Выходное сопротивление ОУ RВЫХ – сопротивление усилителя, рассматриваемого как эквивалентный генератор напряжения. Типовое значение RВЫХ – сотни Ом.

4. Входное сопротивление ОУ RВХ, которое может быть дифференциальным (между входами усилителя) и синфазным (между объединенными входами и нулевой шиной). Типовое значение RВХ – сотни кОм.

2. Задание на лабораторную работу

2.1. Исследовать дифференциальный усилитель:

а) снять и построить передаточную характеристику UВЫХ = f (UВХ 1) усилителя при UВХ 2 = 0;

б) определить из передаточной характеристики коэффициент усиления КU = ΔUВЫХ / ΔUВХ, напряжение смещения UСМ, максимальные значения выходного напряжения и ;

в) определить ослабление усиления синфазного сигнала UСИНФ и усиление дифференциального сигнала UДИФ = UВХ1 – UВХ2.

2.2. Исследовать интегральный операционный усилитель:

а) произвести балансировку ОУ путем компенсации на входе напряжения смещения UСМ ;

б) снять передаточную характеристику UВЫХ = f (UВХ1 ) и определить коэффициент усиления КU = ΔUВЫХ / ΔUВХ;

в) определить выходное сопротивление усилителя.

3. Порядок выполнения лабораторной работы

При выполнении лабораторной работы используются накладная панель «4,5» и цифровой вольтметр.

3.1. Исследование дифференциального усилителя:

3.1.1.Для снятия и построения передаточной характеристики усилителя необходимо выполнить следующие действия:

– с помощью соединительных проводников подключить источники сигналов Е1 (гнездо Х1) и Е2 (гнездо Х2) к входам дифференциального усилителя (гнезда Х4 и Х6);

– установить Е2 = UВХ 2 =  0;

– изменяя Е1 = UВХ 1 от –0,6 В до +0,6 В, фиксировать и заносить в таблицу потенциалы коллекторов UК1 и UК2 (гнезда Х3 и Х5). Выходное напряжение при этом определяется из соотношения UВЫХ = UК 1 – UК2 с учетом знака разности;

– по табличным значениям определить значения выходного напряжения UВЫХ = UК 1 – UК2 с учетом знака разности и построить передаточную характеристику UВЫХ = f (UВХ1 ).

3.1.2. Для определения из передаточной характеристики коэффициента усиления КU , напряжение смещения UСМ и максимальных значений выходных напряжений и необходимо выполнить следующие действия:

– на линейном участке передаточной характеристики вычислить значение КU = ΔUВЫХ / ΔUВХ1 и определить максимальные значения выходного напряжения и , соответствующие участкам насыщения;

– определить напряжение смещения как значение UВЫХ при UВХ1 = 0.

3.1.3. Для исследования ослабление усиления синфазного сигнала UСИНФ = UВХ1 = UВХ2 и усиления дифференциального сигнала UДИФ = UВХ1 – –UВХ2 необходимо выполнить следующие действия:

– измерить потенциалы коллекторов UК 1 и UК2 и определить UВЫХ для двух случаев:

а) UВХ1 = UВХ2 = 0, UДИФ = 0, UСИНФ = 0;

б) UВХ1 = UВХ2  = 0,4 В, UДИФ = 0, UСИНФ = 0,4 В.

– определить коэффициент усиления синфазного сигнала

;

– определить коэффициент усиления дифференциального сигнала КДИФ, который численно равен значению КU, определенному в п.  3.1.1 при UВХ1 = 0 и UВХ2 = 0.

3.2.  Исследование интегрального операционного усилителя:

3.2.1. Произвести балансировку ОУ путем компенсации на входе напряжения смещения UСМ. Для этого необходимо выполнить следующие действия:

– подключить источник Е2 на вход делителя R3, R4 (гнездо Х8) с ослаблением сигнала 1:200;

– вращая ручку «Е2», добиться значения выходного напряжения ОУ UВЫХ не более +(0,1– 0,2) В и зафиксировать значение сигнала Е2;

– определить напряжение смещения ОУ в виде UСМ = Е2/200.

3.2.2. Для снятия передаточной характеристики ОУ необходимо выполнить следующие действия:

– подключить источник сигнала Е1 на вход делителя R1, R2 (гнездо Х7) с ослаблением 1:2000;

– не изменяя балансировки ОУ, снять в виде таблицы и построить передаточную характеристику UВЫХ = f (UВХ ), где UВХ =Е1/2000 . Снятие характеристики следует начать с установки максимального отрицательного напряжения «–Е1» (ручку «Е1 » повернуть в крайнее правое положение);

3.2.3. Из построенной передаточной характеристики определить коэффициент усиления КU = ΔUВЫХ / ΔUВХ на линейном участке и максимальные значения выходного напряжения и , соответствующие участкам насыщения.

4. Контрольные вопросы

1. Дайте определение и перечислите основные отличия дифференциального усилителя от обычного усилителя постоянного тока.

3. Как определяется дифференциальный коэффициент усиления?

4. Какой сигнал является синфазным и как определяется коэффициент усиления дифференциального усилителя по синфазной помехе?

5. Дайте определение, приведите структурную схему операционного усилителя и поясните назначение его структурных компонентов.

6. Перечислите и поясните смысл основных параметров операционного усилителя.

Работа № 5

УСИЛИТЕЛЬНЫЕ КАСКАДЫ НА ТРАНЗИСТОРАХ

Цель работы: исследование усилительных каскадов на биполярных и полевых транзисторах.

1. Краткие теоретические сведения

При построении усилительных устройств наибольшее распространение получили усилительные каскады на биполярных и полевых транзисторах, использующие соответствующие схемы включения транзистора с общим эмиттером и общим стоком.

Типовая схема транзисторного каскада с общим эмиттером приведена на рис. 5.1.

 

Основными элементами схемы являются источник питания ЕК, биполярный транзистор VT1 и резистор RК, образующие главную цепь усилительного каскада, в которой за счет управляемого по цепи базы коллекторного тока создается усиленное напряжение на выходе схемы. Остальные элементы схемы являются вспомогательными. Конденсаторы С1 и С2 являются разделительными, не пропускающими постоянную составляющую входного и выходного сигналов, что обеспечивает отсутствие влияния источника входного сигнала на состояние точки покоя транзистора. Поскольку биполярный транзистор управляется током, то ток покоя коллектора транзистора определяется током базы покоя, который в свою очередь определяется потенциалом базы транзистора относительно общего провода, то есть задается резисторами R1 и R2. Режим покоя обычно выбирается таким, чтобы транзистор VT1 работал в классе усиления А, обеспечивающем получение максимальной амплитуды выходного сигнала с минимальными нелинейными искажениями. Резистор RЭ является элементов отрицательной обратной связи (ООС), обеспечивающей температурную стабилизацию каскада. Обычно RЭ = (0,1–0,3) RК. Конденсатор СЭ при замкнутом ключе S1 шунтирует по переменному току RЭ, исключая появление ООС по переменной составляющей, что при разомкнутом ключе S1 приводит к уменьшению коэффициента усиления каскада, особенно на высоких частотах.

Основными характеристиками усилителя являются:

– передаточная характеристика UВЫХ =f (UВХ );

– коэффициент усиления по напряжению kU = ΔUВЫХ /ΔUВХ , определяемый на линейном участке передаточной характеристики;

– входное сопротивление каскада, определяемое из соотношения

(5.1)

Полосе средних частот соответствует максимальное значение коэффициента усиления k0 . По мере уменьшения частоты сказывается влияние разделительных конденсаторов С1 и С2, проводимость которых уменьшается, и следовательно, падает значение kU . Низшей частоте полосы пропускания fН соответствует коэффициент частотных искажений МН = kО / kН ,

При усилении переменного по частоте входного сигнала работа каскада характеризуется амплитудно-частотной характеристикой его коэффициента усиления kU = φ (f), которая в общем случае имеет вид, приведенный на рис. 5.2.

 

который для усилителей звуковой частоты принимают равным .

В области высоких частот сказывается уменьшение коэффициента усиления транзистора VT1 и шунтирующее влияние паразитной емкости его коллекторного перехода СК(Э). Верхней частоте полосы пропускания fВ соответствует коэффициент частотных искажений МВ = kО / kВ, который также принимают равным .

Усилительный каскад на полевом транзисторе строится по аналогичной схеме. Существенные особенности таких усилителей связаны с отличием полевых транзисторов от биполярных:

– большее значение входного сопротивления, что упрощает его согласование с высокоомным источником сигнала;

– меньший коэффициент шума, что делает его предпочтительным при усилении слабых сигналов;

– большая собственная температурная стабильность режима покоя.

Принципиальная схема усилительного каскада на полевом транзисторе приведена на рис. 5.3.

Для задания режима работы полевого транзистора по постоянному току (обычно – режима А) используется последовательная отрицательная обратная связь через резистор смещения R3. Номинал этого резистора выбирается меньше собственного входного сопротивления транзистора VT1(обычно R3≤ 1 Мом).

Резистор истока RИ в этой схеме выполняет двойную роль. Во-первых, он обеспечивает начальное смещение рабочей точки каскада, а во-вторых, вводит в него последовательную ООС по току нагрузки, что приводит к уменьшению коэффициента усиления каскада и стабилизирует его рабочую точку.

 

Основные характеристики усилительного каскада на полевом транзисторе определяются также, как и для усилительного каскада на биполярном транзисторе.

2. Задание на лабораторную работу

2.1. Исследовать усилительный каскад на биполярном транзисторе:

а) снять и построить передаточные характеристики UВЫХ = f (UВХ) при отсутствии обратной связи при наличии и отсутствии нагрузки;

б) определить коэффициент усиления каскада;

в) зарисовать осциллограммы при появление нелинейных искажений сигнала на выходе усилителя;

г) определить экспериментальным путем входное сопротивление каскада;

д) снять и построить амплитудно-частотные характеристики каскада UВЫХ = φ(f) при наличии и отсутствии ООС по переменному току;

е) определить коэффициент усиления на средних частотах и  коэффициент частотных искажений.

2.2. Исследовать усилительный каскад на полевом транзисторе, выполнив пункты подраздела 2.1 применительно к приведенной на рис. 5.3 схеме.