Практикум с использованием миниатюрной электротехнической лаборатории мэл, компьютерного моделирования

Описание схемы компьютерного моделирования полевого транзистора
Схема компьютерного моделирования полевого транзистора показана на рис.14.8.

Рис.14.8. Схема компьютерного моделирования полевого транзистора

В схеме использован полевой транзистор BFR30 с управляющим p-n -переходом и каналом n – типа из каталога «philips1» (аналог отечественного транзистора КП302). Напряжение смещения на затворе создается источником E₂ и регулируется переменным резистором [R] с инкрементом 1%. Напряжение на стоке транзистора создается источником напряжения Е₁. Источник гармонического сигнала e_c(t) служит для исследования усилительных свойств транзистора. Вольтметр V1 в режиме DC измеряет постоянное напряжение U_ЗИ, а в режиме AC измеряет переменный сигнал на входе транзистора. Вольтметр V2 в режиме DC измеряет постоянное напряжение U_СИ, а в режиме AC измеряет переменный сигнал на входе транзистора. Амперметр А1 измеряет постоянный (режим DC) или переменный (режим AC) ток стока. Осцил- лограф первым каналом измеряет входное напряжение на затворе, вторым каналом измеряет выходное напряжение на стоке транзистора. Боде-плоттер служит для измерения АЧХ и ФЧХ резонансного усилителя на полевом транзисторе.
Лабораторное задание
А. Исследование передаточной характеристики полевого транзистора в схеме с общим истоком и определение крутизны вольтамперной характеристики

1. 
   При выполнении работы на стенде МЭЛ собрать схему рис.14.7. Установить Е₁= 10В, Е₂=10В, R₁₁ в крайнее левое положение, e_c(t) не подключать, R₈ закоротить перемычкой.
   

2. 
   Увеличивая R₁₁, измерять мультиметрами напряжения U_ЗИ и U₁. Для каждого
   

измерения рассчитать
I  ^U1 . Результаты записать в таблицу 14.1.
С _Rи
Таблица 14.1

UЗИ, В	0	1	2	3	4	5
UЗИ(комп.),В	- 6	- 5	- 4	- 3	- 2	- 1
U1, В
IC, мА

Построить график передаточной характеристики.

3. 
   При компьютерном моделировании (рис.14.8) установить Е₁=10В, Е₂= -10В, ключ [B] разомкнуть, ключи [K] и [L] замкнуть. Уменьшая [R] от 70% до 5% изме- рять U_ЗИ вольтметром V1, ток стока I_C измерять амперметром А1. Результаты за- писать в таблицу 14.1.
   

Б. Исследование выходных характеристик полевого транзистора в схеме с общим истоком

4. 
   В схеме измерений рис.14.6 установить Е₂=10В, U_ЗИ = 1В. Входной сигнал
   

e_c(t) не подключать, R₈ закоротить перемычкой.
Изменяя Е₁, провести измерения зависимости тока стока I_C от напряжения сток- исток U_СИ. Результаты записать в таблицу 14.2.
Таблица 14.2

| МЭЛ | К			UСИ,В		0		2	4		6		8		10
UЗИ,В	1	-7		IС, мА
	2	-5		IС, мА
	3	-3		IС, мА
	4	-1		IС, мА
	5	-0,1		IС, мА

5. 
   Выполнить измерения для других значений напряжения затвор-исток, указан- ных в таблице 14.2.
   
6. 
   В компьютерной модели ключ [B] разомкнуть, ключи [K] и [L] замкнуть. Напряжение Е₂ установить равным -10В. Изменяя [R], установить U_ЗИ=-7В. Изменяя Е₁, провести амперметром А1 измерения зависимости тока стока I_C от напряжения сток-исток U_СИ при различных значениях напряжения U_ЗИ, указанных в таблице 14.2. Результаты записать в таблицу 14.2.
   
7. 
   По данным таблицы 14.2 построить семейство выходных характеристик поле- вого транзистора.
   

В. Исследование работы резистивного транзисторного усилителя с общим истоком в режиме малого сигнала

8. 
   В схеме рис. 14.7 включить R₈, индуктивность L₁ закоротить перемычкой. В компьютерной модели замкнуть ключ B и ключ L, разомкнуть ключ K.
   
9. 
   Установить Е₁=10 В. Регулируя R₁₁, установить U_СИ=5 В. В компьютерной модели установить Е₁=10 В, Е₂= - 10 В, регулируя [R], установить U_СИ=5 В.
   
10. 
    Установить в функциональном генераторе частоту синусоидального сигнала 0,2 кГц, амплитуду входного сигнала u_ВХ=200 мВ установить по осциллографу. Под- ключить входной сигнал к транзисторному усилителю. В компьютерной модели напряжение источника гармонического сигнала e_C(t)=200мВ, частоту сигнала 0,2 кГц.
    

11. 
    Осциллографом наблюдать сигнал на выходе усилителя. Если выходной сиг- нал не имеет существенных отличий от синусоидальной формы, измерить осциллогра- фом амплитуду выходного сигнала. Если форма выходного сигнала существенно иска- жена, уменьшить амплитуду входного сигнала до 100 мВ. Записать измеренное значе-
    

ние U_ВЫХ. Рассчитать коэффициент усиления по напряжению
^KUx
_ ^UВЫХ _.
^UВХ

12. 
    Снять амплитудно-частотную характеристику транзисторного усилителя в режиме усиления малого сигнала, изменяя частоту входного сигнала в диапазоне от 200 Гц до 20 кГц. Результаты записать в таблицу 14.3.
    

Таблица 14.3
U_ВХ= мВ

F, кГц	0,2	2	5	10	15	20
^UВЫХ
KU(f)

Д. Исследование работы резонансного транзисторного усилителя с общим истоком в режиме малого сигнала

13. 
    В схеме рис.14.7 разомкнуть индуктивность L₁ и закоротить сопротивление
    

R₈. В компьютерной модели замкнуть ключ K и разомкнуть ключ L.

14. 
    Повторить исследования АЧХ усилителя по п.12 для значений частоты 5, 6, 7, 8, 9 и 10 кГц. Результаты записать в таблицу 14.4, аналогичную таблице 14.3. Опре- делить коэффициент усиления на резонансной частоте.
    
15. 
    В компьютерной модели исследование АЧХ можно провести, используя Бо- де-плоттер.
    

Рис. 14.9. Исследование АЧХ резонансного усилителя Боде-плоттером Е. Исследование искажений выходного сигнала в резистивном усилителе

16. 
    Восстановить схему резистивного усилителя. Установить Е₁=10 В. Регули- руя R₁₁, установить U_СИ=5 В. В компьютерной модели установить Е₁=10 В, Е₂= - 10 В, регулируя [R], установить U_СИ=- 5 В. Установить частоту входного сигнала 20 кГц, напряжение 200 мВ (в компьютерной модели установить частоту входного сигнала 20 кГц, напряжение 200 мВ). Наблюдая форму выходного сигнала, увеличить амплитуду входного сигнала до появления заметных искажений выходного сигнала. Зарисовать осциллограмму выходного сигнала и записать значение напряжения входного сигнала ^uВХ ^МАХ.
    

17. 
    Установить частоту и амплитуду входного сигнала по п.п.10. Изменяя сопро- тивление R₁₁ или сопротивление [R], наблюдать появление искажений формы выход- ного сигнала. Зарисовать осциллограмму выходного сигнала. Отключить входной сиг- нал и измерить напряжение затвор - исток, ток стока и напряжение сток-исток.
    

Домашнее задание

1. 
   По данным таблиц 14.1 и 14.2 построить графики передаточной характеристи- ки, семейство выходных характеристик полевого транзистора и найти крутизну харак- теристики S при напряжении U_СИ.= 10 В и токе стока I_С=10 мА.
   
2. 
   Построить для схемы транзисторного усилителя (рис.14.7 или 14.8) на выход- ных характеристиках линию нагрузки по постоянному току и отметить положение ра- бочей точки по п.6.
   
3. 
   По данным таблицы 14.3 построить график амплитудно-частотной характери- стики резистивного усилителя. По формулам (14.1), (14.2) рассчитать коэффициенты усиления транзисторного каскада на частотах 200 Гц, 5 кГц и 20 кГц. Сравнить резуль- таты расчетов с экспериментальными данными из таблицы 14.3.
   
4. 
   По данным таблицы 14.4 построить график амплитудно-частотной характери- стики резонансного транзисторного усилителя. По графику АЧХ определить резонанс- ную частоту и полосу пропускания усилителя. Рассчитать экспериментальное значение
   

эквивалентной добротности Q_экв 
^f рез

П

, добротность параллельного контура Q 

ρ
R_к

и его резонансное сопротивление

Q

_ρ2

R
^Rрез ^
к

. Из формулы для эквивалентной доброт-

ности
^Qэкв ^
_{1 } ^Rрез
^Rвых
вычислить выходное сопротивление транзистора
R_вых . Из

формулы (14.5) вычислить значение крутизны транзистора S.

5. 
   По графикам передаточной характеристики и выходных характеристик про- иллюстрировать причины возникновения нелинейных искажений выходного сигнала, которые наблюдались в п.16 и 17. Отметить на нагрузочной прямой по постоянному току положение рабочей точки, соответствующей п.17.