Исследование усилителей синусоидальных сигналов

Цель работы: изучение принципа действия и определение основных параметров и характеристик усилительного каскада на биполярном транзисторе.

Общие сведения:

Усилителем называют устройство, позволяющее увеличить напряжение ток, мощность слабых электрических сигналов.

Усилители широко применяются в системах автоматики, вычислительной

технике, измерительной технике и др.

В общем, виде усилитель следует рассматривать как активный четырехполюсник, на вход которого подается усиливаемый сигнал, а к выходу присоединяется нагрузка (рис.1)

Рис.1

Существует три способа включения биполярного транзистора: с общей базой (О.Б.), с общим эмиттером (О.Э.), с общим коллектором (О.К.). Основной является схема с ОЭ. Широкое применение схемы с ОЭ. обусловлено малым входным (управляющим) током Iб (рис.2). Коэффициент передачи тока для схемы с ОЭ b=DIк/DIб колеблется в пределах 10 — 200.

Рис. 2

Источник усиливаемого сигнала подключается к выходной цепи каскада (между базой и эмиттером) через конденсатор С1, а нагрузка Rн к выходу каскада через конденсатор С2. Конденсаторы Cl и С2 разделяют цепи по постоянному току и связывают их по переменному. В выходную цепь включают источник Ек. Делитель напряжения R1 и R2 предназначены для питания входной цепи транзистора. R3 и С3 осуществляют температурную стабилизацию усилителя. Режим работы транзистора при u_bx = 0 называют режимом покоя. При подаче входного сигнала ~ u_bx на постоянную составляющую тока базы Iбп накладывается переменная составляющая ~ Iб, ток базы становится пульсирующим. Он вызывает пульсацию тока коллектора Iк и коллекторного напряжения ~ Uк (рис.3). Переменная составляющая коллекторного напряжения ~ Uк через конденсатор С2 передается в нагрузку: Uн = Uвых.

Рис. 3

Основные характеристики усилителя:

-амплитудная: Uвых = f(Uвx) (рис. 4а);
-амплитудная – частотная: Ku = f(f) (рис.4б).

К Полоса средних частот

а) б)

Рис.4.

Амплитудная характеристика позволяет определить диапазон входного напряжения, в пределах которого зависимость Uвых = f (Uвх) линейна. При большой амплитуде входного напряжения появляются нелинейные искажения Uвыхобусловленные нелинейностью входной и выходной характеристик транзистора.

Амплитудно-частотная характеристика определяет зависимость модуля коэффициента усиления от частоты усиливаемого сигнала. По этой характеристике определяют полосу пропускания усилителя - диапазон низших fн и высших fв частот, в котором коэффициент усиления К снижается не более, чем в 2 раза от своего максимального значения. Уменьшение К при низких частотах обусловлено влиянием конденсаторов C1,С2, С3. С понижением частоты Хс=1/ωС увеличиваются и возрастают падения напряжения на конденсаторах. В диапазоне средних частот влиянием конденсаторов можно пренебречь, т.к. Хс мало, коэффициент усиления максимален. В области высших частот усилительные свойства ухудшаются из-за искажения формы выходного сигнала.