Физическая лаборатория - Портис А.
Скачать (прямая ссылка):
Величина mL играет роль сопротивления и называется индуктивным сопротивлением. Аналогично, емкостное сопротивление равно —1/шС. Комплексная сумма активного и реактивных сопротивлений Z=R-\-(i(aL)+(—l/iooC) называется импедансом. Таким образом, уравнения (11) — (16) принимают такую же форму, как уравнения для цепи постоянного тока, за исключением того, что мы имеем комплексные импедансы вместо активных сопротивлений. После того как мы нашли комплексные токи, определение тока для случая, когда действует только Vi(f) = Vo cos со*, является простым делом. Это действительная часть каждого из комплексных токов Ij(t).
107
Работа 2.2. УСИЛЕНИЕ И ЧАСТОТНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
Усилитель является устройством, которое увеличивает мощность сигнала. Например, средний квадратичный входной сигнал радиоприемника может быть не более 10 мкв. При входном импедансе 100 ом это соответствует входной мощности
Р = 10~13 вт- 1 тт. (1)
Мощность, доходящая в конечном итоге до громкоговорителя, может быть порядка одного ватта. Приемник увеличил мощность сигнала на двенадцать порядков, или 120 децибел *). Источником этой
Рис. I. Рис. 2.
выходной мощности является внутренний источник питания. Таким образом, функцией усилителя является превращение энергии в сигнал, согласованный с входным сигналом.
Существует много видов усилителей, не только электрических, но и магнитных, химических, механических и жидкостных. Жидкостный усилитель описан в Р.2.1. Наиболее распространенные электрические усилители выполнены на электронных лампах и транзисторах. Транзисторы обладают существенными преимуществами: долговечностью и высокой экономичностью, поскольку исключена необходимость тратить большое количество энергии для поддержания высокой температуры катода. По этим и другим причинам полупроводниковые устройства постепенно вытесняют электронные лампы. В Р.2.2 и двух последующих работах мы исследуем некоторые свойства транзисторных усилителей. В разделе 3 лабораторного практикума в связи с изучением электронных пучков будут рассмотрены свойства электронных ламп.
Существуют различные способы использования транзистора в качестве усилителя мощности. На рис. 1 схематически, без указания смещений и сопротивлений, показана схема с общим эмиттером.
Входной сигнал подается между базой и эмиттером. Выходной сигнал снимается с коллектора. Транзистор, используемый таким образом, дает приблизительно пятидесятикратное усиление по току. Сопротивление в коллекторе может быть несколько больше, чем
*) Обычно усиление мощности выражается в логарифмическом масштабе-Единицей логарифмического усиления мощности является бел, чаще децибел. Логарифмическое усиление мощности ЛУМ=10 \% (Р^Р-д ^б-
108
входное сопротивление, при этом усиление по мощности будет достигать нескольких тысяч. На рис. 2 показан транзистор в схеме с общей базой. Здесь входной и выходной токи одинаковы. Но выходное сопротивление может быть в несколько тысяч раз больше входного сопротивления. Входной импеданс этой схемы на много
"О
+
Рис. 3.
Рис. 4.
меньше выходного импеданса схемы с общим эмиттером, и она полезна только при работе на высокоомную нагрузку. И, наконец, схема с общим коллектором, показанная на рис. 3, имеет усиление по напряжению, равное единице. Однако выходное сопротивление может быть значительно ниже, чем входное сопротивление, что приводит к значительному увеличению по мощности. (Рис. 1—3
5Юх
Рис. 5.
должны рассматриваться как схематические. Кроме входных и выходных сигналов, нужно вводить потенциалы, чтобы установить рабочие точки устройств.)
На рис. 4 изображена реальная схема с общим эмиттером. Для простоты мы используем одну и ту же батарею, чтобы установить рабочие точки как входной, так и выходной цепи. Установите потенциометр 500 ком так, чтобы ток коллектора был равен приблизительно 1 ма. Измерьте напряжение Укэ коллектора по отношению к эмиттеру и напряжение У6в базы по отношению к эмиттеру.
109
Определите ток базы, измерив напряжения во входной цепи. Зафиксируйте величины Ук9, У6э, 1К и /б, определяющие рабочий режим транзистора. Для введения тока генератора
іт = і0 соє сні
(2)
Базо.
Комєтор
в базу можно использовать схему рис. 5.
Измерьте величину входного сигнала ибэ на базе транзистора при частоте входного сигнала 400 гц. Вычислите эффективное входное сопротивление гвх базы. Измерьте величину сигнала окэ на
коллекторе и подсчитайте ге 4 усиление по току р = (1к//б).
(Заметьте, что мы используем строчные буквы ( и V для обозначения малых переменных токов и напряжений сигналов. Прописные буквы используются для обозначения статических рабочих точек наших схем.)
Теперь измерьте зависимость усиления по току р от частоты. При какой частоте усиление упадет до 1/1^2 своей низкочастотной величины? Используя один из методов, описанных в Р. 1.7, найдите частотную зависимость сдвига фазы в усилении по току р. Причину падения усиления по току 0 с увеличением частоты мы обсудим в Р.2.3, где рассмотрим переходную характеристику транзистора. Ход этой характеристики легко понять с помощью эквивалентной схемы, изображенной на рис. 6, где входное сопротивление гвх шунтируется входной емкостью свх. Ток коллектора равен
