Лабораторные работы    Технологии+Бизнес

Одной из наиболее важных операций в электронике является усиление. Усиление - процесс, при котором мощность сигнала увеличивается. В качестве механического примера усиления рассмотрим систему управления автомобилем: благодаря гидравлике малые усилия, прикладываемые водителем  к рулевому колесу, преобразуются в значительно большие усилия, прикладываемые к передним колесам автомобиля. На этом примере можно наблюдать основной признак усиления: малый входной сигнал используется для управления более мощным выходным сигналом.

В электронике, простейшим примером усиливающего устройства является реле. Относительно слабый входной сигнал используется для управления электромагнитом, который притягивает якорь и замыкает контакты. Эти контакты включают мощный выходной сигнал, который передается на следующий участок цепи.

1. Выводы катушки.
2. Электроманитная катушка.
3. Пружинный шарнир.
4. Подвижная железная пластина (якорь).
5. Контакты, закрепленные в изоляционном материале.
6. Коммутируемая цепь.

Хотя, электромагнитныые реле до сих пор используются в силовых цепях, они все чаще заменяются на электронные устройства. 

Электронные усиливающие устройства обычно называются активными компонентами, в отличие от неусиливающих элементов цепи, таких как резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности, которые объединяются общим названием пассивные компоненты.

Биполярный транзистор является наиболее распространенным активным устройством в электрнике. Рассмотрение внутренней структуры транзистора требует достаточно хороших представлений о микроэлектронике. По этой причине, мы не будем разбирать этот вопрос, а сразу перейдем к возможностям этого устройства. Будем считать транзистор "черным ящиком", имеющим следующее графическое обозначение:

На рисунке выше, представлено два типа биполярных транзистров: PNP и NPN. Для определености, мы будем работать только с NPN транзистрами. Для PNP справедливы похожие схемы. Рассмотрим на рисунке ниже условное обозначение контактов биполярного транзистра: К - Коллектор, Б - База, Э - Эммиттер.


При работе с биполярным транзисторм важно помнить, что он является усиливающим устройством, управляемым током (не напряжением!): если небольшой ток втекает в базу, то это приводит к гораздо большему току коллектора. 

Практические задания

1. Усиление сигнала

   Комментарий:
   Перед выполнением данного задания, рассмотрим цоколевку транзистра BC547, с которым вам предстоит работать. Возьмите транзистор в руки. Разверните его так, чтобы плосская его часть (лицевая сторона) смотрела на вас. Первый с лева вывод это коллектор, второй - база, третий - эммиттер.
   
   Ход работы:
   1) Установите напряжение лабораторного блока питания равным 5 Вольт.
   2) Соберите схему, состоящую из лабораторного блока питания, лампы накаливания Л, транзистра Т, переменного резистора r, и двух амперметров: 
   
   
   3) Плавно уменьшайте сопротивление резистора пока лампа накаливания не начнет светиться. Не забывайте следить за показаниями приборов.
   4) Сделайте вывод о соотношении управляющего и управляемого токов.
   5) Сделайте двадцать замеров тока коллектора и базы. На их основе заполните таблицу.
   6) Сфотографируйте этапы сборки установки.  
    

2. Усиление сигнала "Схема Дарлингтона"

   Комментарий:
   Иногда, входной управляющий сигнал настолько мал, что усилить его до приемлемого уровня при помощи одного транзистра невозможно. В этом случае, применяют несколько транзисторов включенных в усилительный каскад. В этом задании будет рассмотрена наиболее простая схема на двух транзисторах - схема Дарлингтона.
   
   Ход работы:
   1) Как и в прошлом задании, установите напряжение на блоке питания равным 5 Вольт. 
   2) Соберите схему, состаящую из лабораторного блока питания, лампы накаливания Л, двух транзистров Т и двух амперметров. Не забудте сделать два дополнительных вывода.
   
   3) Замкните выводы с помощью больших пальцев рук (это не опасно). В этот момент, через тело пойдет ток очень малой величины. С помощью усилительного каскада, он будет усилен до уровня, достаточного для горения лампы накаливания.
   5) Сделайте вывод о соотношении управляющего и управляемого сигналов. Сравните результат с предыдущим заданием (во сколько раз управляющий ток меньше?). 
   6) Сфотографируйте этапы сборки.