Se necesita con urgencia un informe experimental sobre el circuito amplificador triodo básico

1. Identificar físicamente los transistores (3DG6, 9013) y los transistores de efecto de campo (3DJ6G), y comprender sus métodos de denominación y sus principales indicadores técnicos.

2.Aprende a probar transistores utilizando multímetros digitales y multímetros analógicos.

3. Utilice el circuito proporcionado en la Figura 3-10 para probar el valor β del transistor.

4. Estudiar la medida y ajuste de los puntos de funcionamiento estático de los circuitos ***emisor, ***colector (*) y ***amplificador de base, así como los métodos de selección de parámetros, y estudiar. la relación entre los puntos de funcionamiento estáticos Efecto del rendimiento dinámico del circuito amplificador.

5. Estudiar el método de medición de los parámetros dinámicos del circuito amplificador (factor de amplificación de voltaje, resistencia de entrada, resistencia de salida, voltaje de salida máximo no distorsionado).

6. Ajuste los parámetros relevantes del circuito CE, observe la forma de onda de salida con un osciloscopio y estudie la distorsión de saturación y la distorsión de corte.

7. Utilice el software Multisim para completar el análisis de rendimiento de los circuitos ***emisor, ***colector y ***amplificador base, aprenda los métodos de prueba y ajuste del punto de operación estático del Circuito amplificador, observe y determine el impacto de los cambios en los parámetros del circuito en el punto de operación estático, el factor de amplificación de voltaje y la forma de onda del voltaje de salida del circuito amplificador. Profundice su comprensión de las características de amplificación del circuito amplificador básico de ***emisor, ***colector y ***base.

2. Puntos de conocimiento

1. Transistor semiconductor

El transistor semiconductor es el dispositivo central del circuito amplificador. Es un componente compuesto por circuitos integrados que se utiliza principalmente en el circuito para amplificación de corriente. , control de interruptores o comunicación. Otros componentes forman circuitos especiales.

Existen muchos tipos de transistores semiconductores dependiendo de los materiales de fabricación, hay tubos de silicio, tubos de germanio, tubos de arseniuro de galio, tubos de fosfuro de galio, etc., según la polaridad los hay de tipo NPN y. Tipo PNP Dependiendo de la frecuencia de trabajo, existen tubos de baja frecuencia, tubos de alta frecuencia y tubos de ultra alta frecuencia según los diferentes usos, existen tubos ordinarios, tubos de alta frecuencia, tubos de conmutación, tubos compuestos; etc. Aquellos cuyo consumo de energía es superior a 1W son tubos de alta potencia y aquellos cuyo consumo de energía es inferior a 1W son tubos de baja potencia.

Los principales parámetros de los transistores semiconductores incluyen el factor de amplificación de corriente β, la corriente inversa entre electrodos ICEO y parámetros límite (como el voltaje de funcionamiento máximo VCEM, la corriente máxima del colector ICM, la temperatura máxima de unión TjM, y el consumo máximo de potencia del colector PCM) y parámetros característicos de frecuencia, etc. Para conocer la nomenclatura, el tipo y los parámetros del transistor, consulte el manual del equipo correspondiente.

A continuación se toman como ejemplos los parámetros de varios transistores de uso común, como se muestra en la Tabla 3-01:

Tabla 3-01 Parámetros de varios transistores de uso común

Parámetro PCM(mW) ICM(mA) VBRCBO(V) ICBO(μA hFE fT(MHz) Polaridad

3DG100D 100 20 40 1 4 0,01 NPN

3DG200A 100 20 15 0,1 25~270 0,01 NPN

CS9013H 400 500 25 0,5 144 150 NPN

CS9012H 600 500 25 0,5 144 150 PNP

Parámetro VP(V) IDSS gm ( mA/V) PDM(mW) rGS(Ω) fM

3DJ6G -9 3~6.5 1 100 108 30 N canal

2. Identificación y detección de transistores semiconductores p>

Hay dos tipos de transistores semiconductores: tipo NPN y tipo PNP. Puede identificar si es tipo NPN o tipo PNP según el número de modelo marcado en la caja del tubo. transistor, las letras A y C en la segunda parte representan el tubo tipo PNP; B y D representan el tubo tipo NPN; A y B representan el material de germanio;

Además, los modelos de alta frecuencia y baja potencia 9012 y 9015 de la serie 9011 ~ 9018 son del tipo PNP, y el resto son del tipo NPN, que actualmente se utilizan ampliamente en el mercado. El tipo y método de denominación de los transistores semiconductores son los mismos que los de los diodos semiconductores. Para obtener más detalles, consulte el apéndice en la página P44 de la cuarta edición de Kang Huaguang o consulte el manual correspondiente.

(1) Electrodo transistorizado e identificación de tipo.

1) Método de identificación intuitivo.

El triodo semiconductor tiene tres electrodos: base (B), colector (C) y emisor (E), como se muestra en la Figura 3-11. Las disposiciones de electrodos de triodo comúnmente utilizadas son E-B-C,

2) Método de caracterización. Como se muestra en la Figura 3-01, algunos transistores utilizan el método de identificación de características estructurales para representar un determinado electrodo. Por ejemplo, hay una pequeña marca en relieve en la carcasa de los tubos de alta frecuencia y baja potencia 3DGl2 y 3DG6, y el pin al lado de la marca en relieve es el emisor de la carcasa de los tubos de alta potencia y baja frecuencia empaquetados en metal 3DD301; y 3AD6C es el coleccionista, etc.

Figura 3-11 Identificación de polaridad de las características estructurales del triodo

3) Cómo identificar el rango de ohmios de un multímetro

Como se muestra en la Figura 3-12, Utilice un multímetro analógico. Nivel de ohmios R×lkΩ. Primero determine el método de base b: toque ligeramente un polo con el bolígrafo negro del multímetro y luego toque los otros dos polos con el bolígrafo rojo para medir la resistencia entre los dos polos. Si los dos valores de resistencia medidos son muy pequeños (el valor de resistencia directa de la unión PN), entonces

El cable de prueba negro corresponde a la base y el tubo es de tipo NPN o

Los valores de resistencia medidos dos veces son muy grandes (valor de resistencia inverso de la unión PN), pero después de cambiar el bolígrafo, use un bolígrafo negro para tocarlo

Los otros dos electrodos también fueron medido dos veces. Si los dos valores de resistencia también son muy pequeños.

Entonces el bolígrafo negro original corresponde a la base,

el bolígrafo negro corresponde a la base.

Resulta que el bolígrafo negro corresponde a la base del tubo, y el tubo es

tipo PNP. Nota: En la escala de ohmios del multímetro analógico,

el lápiz negro es positivo y el lápiz rojo es negativo, esto es diferente de (a) (b)

el multímetro digital; . Figura 3-12 Cómo identificar el nivel de ohmios de un multímetro

En segundo lugar, debes identificar el colector y el emisor. El principio básico es conectar el triodo al circuito de amplificación básico y medir el valor de amplificación de corriente del tubo β para determinar el colector y el emisor.

Tome el tubo NPN como ejemplo, como se muestra en la Figura 3-12b. Después de determinar la base, independientemente de la base, use los dos cables de prueba del multímetro para conectar los otros dos electrodos respectivamente. , y use un extremo de la resistencia de 100kΩ Conecte la base, y el otro extremo de la resistencia está conectado al cable de prueba negro del multímetro. Si el puntero se desvía en un ángulo mayor, el cable de prueba negro corresponde al colector, y el cable de prueba rojo corresponde al emisor. También puede sostener la base y el bolígrafo negro con las manos (pero no permita que los dos se toquen entre sí) y usar la resistencia del cuerpo humano para reemplazar el papel de la resistencia de 100 kΩ (para el tipo PNP, sostenga el bolígrafo rojo y la base con las manos).

El método anterior esencialmente conecta el transistor a un estado de polarización directa. Si la polaridad es correcta, el colector tendrá una corriente grande.

(2) La identificación de los tubos de silicio y los tubos de germanio se basa en la resistencia directa de la unión PN del material de silicio y las características del material de germanio. Se puede medir con el ajuste de ohmios R×. 1kΩ de un multímetro Si se mide la resistencia directa de la unión PN Si el valor es de aproximadamente 3~10kΩ, es un tubo de material de silicio; si el valor de resistencia directa medido es de aproximadamente 50~1kΩ, es un tubo de material de germanio. O mida el valor de resistencia inversa de la unión del emisor (unión del colector). Si el valor de resistencia inversa se mide en aproximadamente 500 kΩ, es un tubo de material de silicio; si el valor de resistencia inversa se mide en aproximadamente 100 kΩ, es un germanio; tubo de materiales.

3. Circuito amplificador de tubo de efecto de campo de transistor

***El circuito amplificador de emisor puede amplificar tanto la corriente como el voltaje. A menudo se utiliza para amplificación de señales pequeñas. Cambiar el punto de funcionamiento estático del circuito puede ajustar el circuito a la amplificación de voltaje. El ajuste del punto de funcionamiento del circuito se logra principalmente cambiando los parámetros del circuito (Rb, Rc).

(Los cambios en la resistencia de carga RL no afectarán el punto de funcionamiento estático del circuito, solo cambiarán el factor de amplificación de voltaje del circuito). La señal de este circuito entra desde la base y sale desde el colector. Su resistencia de entrada es comparable a la resistencia de polarización directa de un diodo del mismo material, mientras que su resistencia de salida es mayor, lo que lo hace adecuado para su uso como etapa intermedia en un circuito amplificador de múltiples etapas.

***La señal del circuito amplificador colector ingresa desde la base del transistor y sale desde el emisor. Debido a que la amplificación de voltaje Av está cerca de l y el voltaje de salida tiene las características de cambiar con el voltaje de entrada, también se le llama seguidor de emisor. Este circuito tiene una gran resistencia de entrada y una pequeña resistencia de salida. Es adecuado para la etapa de entrada y la etapa de salida de circuitos amplificadores de múltiples etapas y también se puede utilizar como etapa de conversión de impedancia intermedia.

****La señal del circuito amplificador base ingresa por el emisor del transistor y sale por el colector. Su amplificador de corriente Ai está cerca de 1 pero la constante es menor que 1 (también llamado seguidor de corriente), el amplificador de voltaje Av **** es el mismo que el amplificador del emisor y el voltaje de entrada está en fase con el de salida. Voltaje. Su resistencia de entrada es baja, solo 1/(1 β) veces mayor que la del circuito amplificador de radio de alta gama, su resistencia de salida es alta, no hay capacitancia Miller entre la entrada y la salida y las características de frecuencia del circuito son buenas, lo que hace Es adecuado para circuitos amplificadores de banda ancha.

La figura 3-13 a continuación toma como ejemplo el circuito amplificador de radio básico ****.

(1) Medición y depuración del punto de funcionamiento estático del circuito amplificador de potencia

Debido a la gran dispersión del rendimiento de los componentes electrónicos, al

fabricar Un circuito amplificador de potencia de transistor, inseparable de la tecnología de medición y depuración. Después de completar el diseño y montaje, también se deben medir y depurar el punto de funcionamiento estático y los indicadores del circuito amplificador. Un circuito amplificador de potencia de alta calidad, un producto final, debe ser el producto de una combinación de cálculos teóricos y depuración experimental. Por lo tanto, además de estar familiarizado con el diseño teórico de circuitos amplificadores de potencia

, también debes dominar las técnicas de prueba de medición y depuración necesarias

.

La medición y depuración del circuito amplificador de potencia incluye principalmente la medición y depuración del punto de funcionamiento estático del amplificador de potencia

El circuito amplificador de potencia Figura 3-13 Básico *** * circuito amplificador de potencia de radio (tipo polarización fija)

Medición y depuración de varios indicadores dinámicos, eliminación de interferencias y autoexcitación de circuitos amplificadores de potencia, etc. Antes de realizar la prueba, asegúrese de comprobar

la calidad del transistor y determinar el valor β específico.

1) Medición del punto de funcionamiento estático Q

La medición del punto de funcionamiento estático del circuito amplificador se realiza sin señal de entrada (es decir, VI=0).

La medición del punto de funcionamiento estático se refiere a la medición del voltaje CC del triodo VBEQ, VCEQ y la corriente I CQ. Se debe seleccionar un voltímetro de CC y un miliamperímetro de CC adecuados para medir el voltaje de CC del transistor VBEQ, VCEQ y la corriente I CQ, respectivamente. Para evitar cambiar el cableado, se utilizan mediciones de voltaje para convertir la corriente. Por ejemplo, siempre que se midan los valores de resistencia reales de Rb y RC, se puede determinar mediante la influencia en el circuito bajo prueba.

2) Ajustar el punto de funcionamiento estático

El propósito de medir el punto de funcionamiento estático I CQ y VCEQ es comprender si el ajuste del punto de funcionamiento estático es apropiado. Si se mide VCEQ <0,5 V, significa que el triodo ha entrado en estado de saturación; si VCE≈VCC, significa que el triodo está funcionando en estado de corte. Para los circuitos amplificadores que amplifican señales bipolares (señales de CA), la polarización estática en ambos casos no puede hacer que el circuito funcione correctamente, por lo que es necesario ajustar el punto de funcionamiento estático. Si el valor medido no coincide con el punto de funcionamiento estático seleccionado, también es necesario ajustar el punto de funcionamiento estático. De lo contrario, la señal amplificada tendrá errores y distorsiones no lineales graves.

Por lo general, VCC y Rc se han preseleccionado. Cuando es necesario ajustar el punto de funcionamiento, normalmente se logra cambiando la resistencia de polarización Rb.

Cabe señalar que si se utiliza un potenciómetro como resistencia de polarización Rb, al ajustar el punto de funcionamiento estático, si la resistencia del potenciómetro se ajusta accidentalmente a un valor demasiado pequeño (o demasiado grande), el tubo electrónico se quemará debido a la El IC es demasiado grande, por lo que se debe utilizar una resistencia fija en serie con el potenciómetro. El circuito de la Figura 3-18 utiliza Rb1 y el potenciómetro Rb2 conectados en serie para formar Rb.

2. Prueba del indicador dinámico del circuito amplificador de potencia

Los principales indicadores del circuito amplificador de potencia incluyen amplificación de voltaje Av, resistencia de entrada Ri, resistencia de salida Ro y voltaje de salida máximo no distorsionado VO (máx. ), etc. . En las pruebas dinámicas, la conexión entre el instrumento electrónico y el circuito bajo prueba se muestra en la Figura 3-14. El circuito experimental se muestra en la Figura 3-18.

Figura 3-14 Conexión entre el circuito experimental y cada instrumento de prueba

Consejos: Para evitar interferencias, el terminal de tierra común de cada instrumento y el terminal de tierra común del circuito bajo prueba están conectados **Los terminales de tierra deben conectarse juntos. Al mismo tiempo, las líneas de señal de la fuente de señal, el milivoltímetro y el osciloscopio generalmente deben estar blindadas, mientras que las líneas de alimentación positiva y negativa de la fuente de alimentación de CC VCC solo pueden usar cables normales.

(1) Medición de la amplificación de voltaje Av

Seleccione una señal de CA sinusoidal de aproximadamente 1 KHz y 5 mV como señal de entrada. Utilice un osciloscopio para observar la forma de onda del voltaje de salida VO. del circuito amplificador Cuando la señal de salida no tiene En caso de distorsión evidente, utilice un medidor de milivoltios para medir VO y VI, que se pueden obtener.

(2) Medición del voltaje de salida máximo no distorsionado

El rango de funcionamiento lineal del circuito amplificador está relacionado con la posición del punto de funcionamiento estático del triodo. Cuando I CQ es pequeño, el circuito amplificador es propenso a sufrir distorsión de corte; cuando I CQ es grande, es probable que se produzca distorsión de saturación. Cabe señalar que cuando aumenta I CQ, la distorsión de saturación de la forma de onda VO se vuelve más obvia y aparece un "recorte" en el extremo inferior de la forma de onda, como se muestra en la Figura 3-15a. Cuando I CQ

disminuye, la forma de onda VO aparecerá truncada

distorsionada, como se muestra en la Figura 3-15b

, y aparecerá un "recorte" en el extremo superior de la forma de onda. (a) (b) (c)

Cuando el punto de funcionamiento estático del circuito amplificador se ajusta a Figura 3-15 La influencia del punto de funcionamiento estático en la forma de onda Vo del voltaje de salida

Cuando el circuito amplificador Cuando el punto de funcionamiento estático del circuito se ajusta al centro del rango de funcionamiento lineal del transistor (a) VO es propenso a la distorsión de saturación (b) VO es propenso a la distorsión de truncamiento

Si la señal de entrada (c) está en la mitad superior de la forma de onda VO y la mitad inferior está distorsionada, puede causar que la señal de salida se vuelva inestable y puede causar que la señal de salida se distorsione al mismo tiempo

VI es demasiado alto. p>

Cuando el VI es demasiado grande, la forma de onda VO también se distorsionará, con distorsiones de "recorte" y "nitidez" superiores e inferiores que se producen al mismo tiempo, como se muestra en la Figura 3-15 ( do). La unidad de amplitud VO medida en este momento es milivoltios, que es el voltaje de salida máximo no distorsionado Vo (max) del circuito amplificador.

(3) Mida la resistencia de entrada Ri.

El circuito de medición de resistencia de entrada se muestra en la Figura 3-16.

Figura 3-16 Circuito para medir la resistencia de entrada

Resistencia de entrada del circuito amplificador:

Como se muestra en la Figura 3-16, en el extremo de entrada del circuito amplificador Conecte una resistencia RS con un valor conocido en serie (preferiblemente 510 Ω), use un milivoltímetro para medir el voltaje en ambos extremos de RS a tierra y obtenga la caída de voltaje (Vs-Vi) en ambos extremos de RS, por lo tanto:

Por lo tanto,

La caída de voltaje en RS se puede obtener indirectamente midiendo VS y Vi porque no hay un punto de conexión a tierra común del circuito en ambos extremos de RS. Si utiliza un milivoltímetro con un extremo conectado a tierra para medir, se introducirán señales de interferencia, lo que provocará errores de medición.

(4) Mida la resistencia de salida

La salida del circuito amplificador puede considerarse como una red activa de dos terminales. Como se muestra en la Figura 3-17.

Figura 3-17 Circuito para medir la resistencia de salida

Utilice un milivoltímetro para medir el voltaje sin carga Vo' sin RL y el voltaje de salida Vo después de conectar la carga RL. Puede inferir indirectamente el tamaño del RO: .

(5) Medición de las características de frecuencia del circuito amplificador

Las características de frecuencia del circuito amplificador se refieren al factor de amplificación de voltaje Av en el circuito amplificador y la relación entre las La frecuencia de la señal de entrada y la frecuencia del circuito amplificador es Av. La frecuencia disminuye a 0.707Av a medida que disminuye la frecuencia de la señal de entrada. Cuando la frecuencia correspondiente se define como la frecuencia límite inferior y la frecuencia límite superior, la banda de paso es.

El método de medición de la frecuencia límite superior y la frecuencia límite inferior es el siguiente: primero, ajuste la señal de entrada Vi para que la frecuencia de Vi sea 1 kHz ajuste la amplitud de Vi para que la amplitud; del voltaje de salida Vo es 1 V. Manteniendo la amplitud de Vi sin cambios, aumentando la frecuencia de la señal Vi, la amplitud de Vo disminuirá en consecuencia. Cuando Vo cae a 0,707 V, la frecuencia de la señal correspondiente es la frecuencia límite superior manteniendo la amplitud de Vi sin cambios; Vi, la amplitud de Vo también caerá a 0,707 Av. De manera similar, cuando la amplitud de Vo cae a 0,707 V, la frecuencia de la señal correspondiente es la frecuencia límite inferior.

(6) Observe la distorsión de corte y la distorsión de saturación

Dos fenómenos de distorsión

El circuito de medición se muestra en la Figura 3-18,

Cuando ICQ=3,0 mA, RL=∞,

Aumente la señal de entrada para mantener el voltaje de salida

sin distorsión y luego ajuste el potenciómetro

Rb2 Luego ajuste la resistencia del potenciómetro

Rb2 y cambie la potencia estática

punto de funcionamiento del circuito, lo que hará que el circuito produzca una distorsión de corte y una distorsión de saturación más obvias, respectivamente, mida. /p>

la corriente estática del colector correspondiente después de que se produce la distorsión. Realizar registros experimentales adecuados. Figura 3-18 ****Ejemplo de circuito amplificador de potencia de radio

Figura 3-19 Tres diagramas de circuito de simulación correspondientes a ****Circuito amplificador de potencia de radio

Figura 3-20 * ***Ejemplo de circuito amplificador de potencia del colector

III. Contenido del experimento

1. Consulte las instrucciones, pruebe los parámetros del transistor (3DG100D, CS9013) y del transistor de efecto de campo (3DJ6G). y registrar datos de inspección y medición.

2. Utilice el transistor 3DG100D o CS9013 para formar un circuito amplificador emisor de un solo tubo como se muestra en la Figura 3-21. Al cambiar el potenciómetro R2, haga VCE 4V y mida usando los valores de. VCEQ, VBEQ y Rb calculan los tres valores de parámetros correspondientes al punto de funcionamiento estático Q del circuito amplificador.

3. Bajo las dos condiciones siguientes, mida el factor de amplificación de voltaje del

circuito amplificador y

el voltaje de salida máximo no distorsionado Av VOMAX:

(1) RL = R4 = ∞ (circuito abierto) ② RL = R4 =

10kΩ.

Recomendación: Inicialmente, utilice una señal positiva

de 1 KHz, 5 mV como entrada.

La señal sinusoidal se utiliza como señal de entrada para la prueba;

Luego cambie la amplitud de la señal de entrada y use una pantalla de doble traza para mostrar VI y VO al mismo tiempo. tiempo para monitorear, mientras se asegura de que la forma de onda VO no esté distorsionada, intente elegir una señal sinusoidal de mayor amplitud como VI del amplificador. >Figura 3-21 Circuito amplificador emisor **** de un solo tubo

Medición. (Si la forma de onda VO está distorsionada, los parámetros dinámicos medidos no tienen sentido).

Tabla 3-09 Tabla de registros de datos estáticos

Valor de medición Valor de medición Valor de cálculo

VCE (V) VBE (V) Rb (KΩ) VCEQ (V ) IBQ (μA) ICQ (mA)

Tabla 3-10 Tabla de registro AV de medición

Valor medido valor estimado teórico valor medido valor calculado

Vi ( mV ) Vo (mV) AV AV

4. Observe la distorsión de saturación y la distorsión de corte y mida la corriente de reposo del colector correspondiente.

5. Mida la resistencia de entrada Ri y la resistencia de salida Ro del circuito amplificador. Diseñe el circuito de prueba beta BJT de acuerdo con la Figura 3-10, determine los valores de los parámetros de todos los componentes y voltajes de entrada en el circuito, y compare y analice los resultados y errores de la prueba.

Figura 3-10 Diagrama del circuito de prueba beta de BJT

*7. Medición con carga Figura 3-18 Frecuencia límite superior y frecuencia límite inferior del circuito amplificador.

* 8. El circuito experimental se muestra en la Figura 3-20. El circuito debe simularse e implementarse físicamente, y la resistencia de entrada y la resistencia de salida del circuito deben calcularse y medirse.

IV.Preguntas para pensar

1. ¿Por qué Rb consta de un potenciómetro y una resistencia de valor fijo en serie?

2. ¿Cuál es la relación entre la dirección del voltaje estático a través del capacitor electrolítico y su polaridad?

3. ¿Qué pasará si el instrumento y el circuito experimental no están conectados a tierra? Explica con experimentos.

5. Informe del experimento

1. Complete las tareas de diseño de acuerdo con los requisitos de la preparación experimental y estime los indicadores de rendimiento del circuito amplificador.

2. Registre el punto de funcionamiento estático medido en el experimento y el Au, Vo(max), Ri, Ro y otros datos del circuito.

3. Registre y organice cuidadosamente los datos de la prueba, complete el formulario según sea necesario y dibuje las formas de onda de entrada y salida correspondientes.

4. Realizar análisis teóricos de los resultados de las pruebas para descubrir las razones de los errores.

5. Registre en detalle las fallas o problemas que ocurren durante el ensamblaje y la depuración, realice análisis de fallas y explique el proceso y los métodos de solución de problemas.

6. Escribe tu experiencia con este experimento y sugerencias para mejorar los métodos experimentales.

Consejos:

1. Al ensamblar el circuito, los tres electrodos del transistor no deben doblarse y deben insertarse verticalmente en los orificios de la placa.

2. Primero monta los circuitos por separado y luego enciende el interruptor de encendido tras comprobar que todo está correcto.

3. Al probar el punto de funcionamiento estático, la fuente de señal debe estar apagada.

4. Este experimento tiene muchos contactos y componentes. Se debe garantizar un buen contacto durante el montaje; de ​​lo contrario, pueden producirse malos contactos, errores o fallas en el circuito.