«Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики»

Кафедра радиосвязи, радиовещания и телевидения

ОТЧЁТ

ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ № 4

«Исследование широкополосного и импульсного каскадов»»

По дисциплине «Схемотехника аналоговых электронных устройств» по специальности 210404 «Многоканальные телекоммуникационные системы» для студентов дневного и заочного факультетов

Отчет выполнили

студенты гр. МТС-01:

Кукебаев Н.У.

Мураев Д.И.

Никулина А.П.

Руководитель работы:

Галочкин В. А.

Самара

2012 г.

1. Цель работы

1. Исследовать влияние режима работы транзистора и сопротивления в цепи коллектора Rк на величину площади усиления П и величину импульсной добротности Д.

2. Исследовать влияние последовательной отрицательной обратной связи по току на величину сквозного коэффициента усиления Кеср, верхнюю граничную частоту fгр, время установления tу, площадь усиления П и импульсную добротность Д.

3. Исследовать влияние высокочастотной эмиттерной коррекции на частотную характеристику в области верхних частот и переходную характеристику в области малых времен.

4. Исследовать влияние низкочастотной коррекции с помощью цепочки Сф, Rф в цепи коллектора на частотную характеристику в области нижних частот и переходную характеристику в области больших времен.

3. Краткая теория. Широкополосные (импульсные) каскады.

Площадь усиления.

а) Широкополосные усилители (ШПУ) отличаются от усилителей звуковой частоты следующими особенностями:

1. в ШПУ требуется усиливать сигналы в очень низкой полосе частот от единиц и десятков Гц до нескольки десятков МГц. Как правило, это – резисторные каскады со специальными корректирующими цепями; такие каскады имеют наилучшие частотные, ФЧХ и ПХ.

2. ШПУ используют как для усиления гармонических каскадов, так и для импульсных сигналов.

3. Для ШПУ используют специальные транзисторы и лампы, имеющие высокую предельную частоту коэффициента передачи, малые входные и выходные ёмкости, большую крутизну характеристики - как правило, полевые транзисторы.

4. Как правило, транзисторы в ШПУ включают по схеме с ОЭ, ОИ (общим истоком).

Как было показано на для увеличения полосы (увеличения ω_В) нужно уменьшать R_НТ = R_К || R_Н. Но с уменьшением R_НТ снижается коэффициент усиления (передачи). Малое значение y_В (коэффициента передачи) невыгодно, так как увеличивается количество каскадов усиления, что приводит к усложнению и удорожанию.

б) Импульсные усилители должны воспроизводить форму сигнала с минимальными искажениями. Обычно спектр импульсных сигналов простирается от единиц Гц до нескольких десятков МГц. Поэтому импульсные усилители – это широкополосные усилители, для которых и более. Обеспечение малых искажений характеристик достигается включением специальных корректирующих цепей.

Характеристики усилителя в области НЧ отражают поведение усилителя в области больших времён, т.е. определяют форму плоской вершины импульса, а характеристики усилителя в области ВЧ отображают поведение усилителя в области малых времён, т.е. определяют длительность фронтов импульса (рис.1):

рис. 1

Чем шире полоса в области ВЧ, тем точнее воспроизводится фронт импульса (уменьшаются искажения в области малых времён).

Чем шире полоса в области НЧ, тем лучше воспроизводится плоская вершина импульса. В импульсных усилителях применяют, как правило, резисторные усилители, имеющие лучшие частотные и переходные характеристики.

В первом приближении на ВЧ цепи импульсного усилителя можно рассматривать как интегрирующую цепочку

(рис.2):

рис. 2

_Н.ЭКВ.=R_Н.ЭКВ. С_Н.ЭКВ. – постоянная времени цепи нагрузки на НЧ; _В=_S + _Н.ЭКВ. – постоянная времени цепи нагрузки на ВЧ. Частота среза (на которой усиление падает до уровня d = 0,707 = 1/√2)

(d – величина спада)

рис.3

≈ 0,69/ω_в,

т.е. уменьшение (увеличение ω_В) уменьшает длительность фронта и время задержки (нарастания). Например (рис.4):

рис.4

т.е. характеристики (с увеличением ω_В) улучшаются в области малых времён.

В области НЧ (области больших времён) цепи импульсного усилителя могут быть представлены дифференцирующей цепочкой (рис.5):

рис. 5

Постоянная времени в области НЧ τ_Н.= С_Р(R_iК +R_Н), где

R_iК = R_i || R_К и нижняя частота среза (где усиление падает в √2 = 0,707 раз) равна:

.

Она определяет спад плоской части импульса  (рис.6):

рис. 6

т.е. с увеличением (уменьшением ω_в) при заданной искажения передаваемого импульса уменьшаются.

Как видно, уменьшение ω_н и увеличение ω_{в ,} т.е. расширение полосы пропускания необходимы для улучшения показателей импульсного усилителя

Важным показателем ШПУ является площадь усиления каскада:

П = К₀ ּf_в

(f_{в -} частота, на которой коэффициент передачи уменьшается в √2 = 0,707 раз) характеризует способность усилителя создавать усиление в широкой полосе частот.

Коэффициент частотных искажений:

где y - нормированный коэффициент передачи.

]

В области высоких частот имеем:

;

тогда

,

т.е. площадь усиления зависит от крутизны и С_ЭКВ. и не зависит от R_ИСТ. и R_Н.. Т.о., для увеличения площади усиления П (полосы пропускания) необходимо брать УЭ с большей крутизной и малыми величинами С_ЭКВ.

С учётом времени нарастания (рис.7) импульса:

,

где (рис.7) , т.е. для увеличения П (увеличения ω_в) необходимо уменьшать С_Н.ЭКВ.

Это справедливо только для полевых транзисторов и ламповых усилителей, у которых R_ВХ велико и напряжение U_ВХ является ЭДС источника Е_Г.

Для каскада на биполярном транзисторе

П_max = ,

где f_т = h_21Э f_h21э; С_к - ёмкость между базой и коллектором (барьерная) - С_БК; r_Б’ – объёмное сопротивление базы

(r_Б’ ≈ 100 Ом). f_{h21э -} граничная частота, на которой

h_21Э = 0,707 от своего значения на НЧ. f_{Т -} частота, на которой h_21Э = 1 (частота единичного усиления).

Т.е., при малых R_Н (≈ 10 Ом и менее) вследствие влияния r_Б’ верхняя граничная частота f_В растёт медленнее, чем падает усиление и поэтому площадь усиления П уменьшается при уменьшении R_Н.

Цепи, изменяющие ЧХ в области НЧ и ПХ в области больших времён, называют цепями НЧ коррекции; цепи, изменяющие ЧХ в области ВЧ и ПХ в области малых времён, называют цепями ВЧ коррекции.