4Графоаналитический расчет

Чаще всего ориентировочный расчет приводит к большим ошибкам из-за технологического разброса параметров транзистора. Поэтому каскад нуждается в настройке. Настройка заключается в подборе сопротивлений резисторов R1 и R2, иногда R3, R4. Для настройки можно предварительно уточнить параметры транзистора и результат подставить в аналитический расчет. Такой расчет называется графоаналитическим. Например, можно снять статическую переходную характеристику Uк(Uб).

По статической характеристике нельзя судить о значении нелинейных искажений (для этого нужна динамическая характеристика), но можно выбрать рабочую точку так, чтобы нелинейность была минимальной. Для этого получают две статические характеристики без резистора R3 и с ним. В последнем случае с помощью курсоров не сложно определить напряжение на базе при нужном напряжении на коллекторе относительно земли и задать это напряжение с помощью резисторов R1 и R2.

Для достижения нужного коллекторного тока следует считать по формуле:

(4.1)

Характеристика без резистора R3 показывает, какая имеется нелинейность и относительный коэффициент усиления при разных напряжениях эмиттер-база. Удаляя резистор R3 в схеме снятия статической переходной характеристики, следует уменьшить напряжение питания на величину падения напряжения на R3.

Графоаналитический расчет уточняет ток базы и напряжение эмиттер-база . Их следует подставить в аналитический расчет и значения сопротивлений резисторов будут рассчитаны точнее.

5Задание на лабораторную работу №3

• Модель биполярного транзистора была получена на предыдущем лабораторном занятии. По указанию преподавателя используйте эту модель (для этого следует перенести библиотеку модели в папку …Ewb5pro>Models>Bjt_npn) или модель из указанной преподавателем библиотеки при моделировании узла.

• Рассчитайте номиналы элементов апериодических усилителей, схемы которых изображены на рис. 2.1, 2.2, 2.3. Для этого воспользуйтесь рекомендациями раздела 3, САПР MathCAD и данными таблицы 5.1. Зафиксируйте результаты расчета в отчете. Сохраните документ MathCAD для использования в следующей лабораторной работе;

Таблица 5.1

Вариант	Тип транзистора	FMIN, Гц	UMН, мВ	RН, кОм	Еп, В	KUтр	IMAX, мА	h21Э=
1	kt315a	100	500	2	10	3	2	30
2	KT630E	200	100	1	20	2	5	500
3	kt3102a	300	200	3	6	5	1	200
4	KT3102b	400	300	4	8	6	0.5	350
5	KT315D	500	400	5	3	3	0.25	50
6	KT315V	600	150	2	4	2	1	50
7	kt316d	700	250	1	10	4	2	100
8	KT315G	800	350	3	6	5	0.3	75
9	KT315GE	900	450	2	7	6	0.4	60

• Получите статическую переходную характеристику (СПХ) усилителя (схема на рис. 5.1, «схема 3» по расчету). Эта схема отличается отсутствием делителя R1, R2 и конденсатора С1р. Вместо делителя установлен источник постоянного напряжения V2, устанавливающий напряжение на базе транзистора. Применив вариацию напряжения этого источника в режиме DC Sweep, получите СПХ как зависимость . По полученной характеристике уточните значения и в расчете на MathCAD. Для быстрого вычисления рабочей точки вычислите требуемое напряжение на коллекторе по формуле (4.1). По напряжению с помощью курсоров определите напряжение и установите его на источнике V2. Теперь можно включить моделирование и определить и на M1 и M3 соответственно;

Рис. 5.1 Схема апериодического усилителя для получения статической переходной характеристики (соответствует «Схеме 3»)

• Получите зависимость коэффициента усиления по напряжению на частоте входного сигнала F_MIN усилителя от постоянного напряжения на базе . Для чего выполните измерение коэффициента усиления при 5-ти разных значениях (3 значения на линейном участке СПХ и 2 на нелинейном). Выполнять измерения удобнее с помощью схемы на рис. 5.1. С помощью V2 задается , включается моделирование, если на нагрузке (на M5) напряжение отклоняется от номинала (U_MН) более, чем на 10%, установите другое переменное напряжение на входе, источник V1, чтобы U_MН вошло в ±10% интервал. Далее отношение напряжения на M4 и V1 и есть . Зависимость следует построить в виде графика в MathCAD. Для этого строят 2 вектора столбца U= и K= на 5-7 строк (важно, чтобы зависимость охватывала падение коэффициента усиления, практически до нуля, при малом и большом напряжении на базе (рис. 5.2)). Документ MathCAD будет иметь вид:

Рис. 5.2 Документ MathCAD

Можно ли судить по данной характеристике о линейности усиления при заданном ?

• Получите оценку коэффициента гармоник на частоте 1000Гц (Total Harmonic Distortion) для сигнала на нагрузке, используя преобразование Фурье (Fourier). Оцените мощность, потребляемую от источника питания. Зафиксируйте в отчете.

• Выберите рабочую точку на наиболее нелинейном участке усиления. Получите оценку коэффициента гармоник и в этой точке. Оцените мощность, потребляемую от источника питания. Зафиксируйте в отчете. Объясните различие оценок коэффициента гармоник и мощности.

• Творческое задание: Определите экспериментально r_Б , r_К^* , r_Э ,  . Причем учтите, что r_К^* практически есть выходное сопротивление транзистора.