лаба2

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

Томский государственный Университет систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР)

Кафедра радиоэлектроники и защиты информации (РЗИ)

Отчет по лабораторной работе №2 по дисциплине «Схемотехника Аналоговых Электронных Устройств»

РЕЗИСТОРНЫЙ КАСКАД С ОБЩИМ ЭМИТТЕРОМ

Выполнил студент гр. 141-2:

___________ Мукашев А.М.

Проверил преп. кафедры РЗИ:

__________ Авдоченко Б.И.

Томск 2013г.

1 Введение

Целью данной работы является исследование резисторного каскада на биполярном транзисторе по схеме с общим эмиттером и влияния основных элементов схемы на его частотную характеристику в области верхних частот.

2 Схема исследуемого каскада

Лабораторный макет представляет собой двухкаскадный усилитель (рисунок 2.1), собранный на транзисторах МП39Б. оба каскада работают в одинаковых режимах. В работе исследуется первый каскад работающий:

- либо в качестве оконечного каскада с активной нагрузкой (рисунок 2.2);

- либо в качестве промежуточного каскада, внешней нагрузкой которого по переменному току является входное сопротивление следующего каскада (рисунок 2.3).

Рисунок 2.1 – Схема лабораторного макета

Рисунок 2.2 – Схема каскада как оконечного с активной нагрузкой

Рисунок 2.3 – Двухкаскадный усилитель

Рисунок 2.4 – Структурная схема экспериментальной установки

В лабораторной работе используются следующие приборы:

лабораторный макет; генератор сигналов Г3-33; вольтметр В3-2А; осциллограф С1-72; встроенный в макет генератор прямоугольных импульсов.

3. Домашнее расчётное задание.

Дано: E_п=9 В; R­_К1=3 кОм; R­_Э=1,8 кОм; R_Н1­=10 кОм; I­_К0­=1 мА.;

1) Построим нагрузочные характеристики для постоянного и переменного тока.

Рабочая точка: А(1 мА; 4,2 В).

Динамическая характеристика по постоянному току проходит через точки А и Е(0; 9 В).

Динамическая характеристика по переменному току проходит через точки А и Е^/(0; 6,5 В).

Нагрузочные прямые по постоянному и переменному току приведены на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 - Нагрузочные прямые по постоянному и переменному току

Максимальная амплитуда выходного напряжения U_Kmax=2,5 В. Напряжение покоя на коллекторе U_K0=4,2 В.Ток базы покоя I_Б0=36,6 мкА. Напряжение покоя на базе U_Б0=0,16 В.

2) Рассчитаем делитель напряжения в цепи базы из условия I_ДЕЛ=0,54 мА:

3) Рассчитаем R_вх графическим методом по рисунку 3.1.

4) Рассчитаем коэффициент усиления и верхнюю граничную частоту:

5) Рассчитаем K₀₂, K₀₁, C_ВХ2 и f_В1 для двух значений сопротивления нагрузки R_H2.

R_H2=200 Ом:

R_H2=:

RН2 , Ом	RК2 , кОм	K02	CВХ2, нФ	K01	, кГц.
200	3	11,224	3,28	30,7	30,9
∞	3	174	7,35	30,7	29,57

Таблица 3.1 - Расчётные характеристики каскадов

3 Результаты лабораторной работы

При измерении коэффициента усиления входное напряжение устанавливается равным 5 мВ , частота сигнала , сопротивление нагрузки . При данном входном напряжении выходное напряжение равно . Коэффициент усиления равен

.

Расчетный коэффициент усиления равен , т.е. расчетный и экспериментально полученный коэффициенты усиления почти совпадают.

Нелинейные искажения становятся заметными при входном напряжении 20 мВ , при частоте сигнала и сопротивление нагрузки . Выходное напряжение при этом равно , амплитуда выходного напряжения равна . Расчетная максимальная амплитуда выходного напряжения составляет . Форма сигнала на выходе каскада при нелинейных искажениях показана на рисунке 4.1.

Рисунок 4.1 – Сигнал на выходе усилителя при нелинейных искажениях

Значения амплитудной характеристики первого каскада, при сопротивлении нагрузки и частоте сигнала , представлены в таблице 4.1.

Таблица 4.1 – Амплитудная характеристика ( , )

Uвх,мВ	5	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100
Uвых	1	2	3,7	5,1	6	6,4	6,4	6,4	6,4	6,6	6,6

Рисунок 4.2.-Амплитудная характеристика каскада

При измерении входного сопротивления каскада напряжение измеряется до резистора и после него. Частота входного сигнала равна , сопротивление нагрузки .

До резистора : .

После : .

Входное сопротивление каскада определим как:

.

Входное сопротивление транзистора:

.

Расчетное входное сопротивление транзистора равно .

Частотные характеристики в зависимости от сопротивления нагрузки снимаются в двух случаях:

1) , ;

2) , .

Значения частотных характеристик представлены в таблице 4.2.

Таблица 4.2 – Нормированная частотная характеристика

f,кГц	RH1	0,02	0,05	0,1	0,2	0,5	2	10	20	50	100	150	200
К0	10 кОм	0,94	0,96	0,97	0,97	0,98	0,98	0,99	1	0,95	0,94	0,87	0,79
	510 Ом	0,89	0,96	1	1	1	1	1	1	1	1	1	0,96

Рисунок 4.3. – АЧХ каскада с активной нагрузкой

Из рисунка 4.3 видно, что при увеличении сопротивления нагрузки верхняя граничная частота уменьшается.

Частотные характеристики первого каскада, работающего в качестве промежуточного, снимаются для следующих данных:

1) , , ;

2) , , .

Значения частотных характеристик представлены в таблице 4.3.

Таблица 4.3 – ЧХ ( , , ; , , )

f,Гц	20	50	100	200	500	1K	2К	5К	10К	20К	50К	100К	200К
Rн1=200	20	20	20	20,5	20	20,5	21	20,5	19,5	17	11	6,8	3,8
Rн2=	20,2	20	21	20,5	20	20,5	21	21	20	19	14	8,8	4,9

Частотные характеристики представлены на рисунке 4.4.

Рисунок 4.4 – Зависимость нормированного коэффициента передачи от частоты промежуточного каскада в зависимости от сопротивления нагрузки оконечного каскада

Из рисунка 4.4 видно, что при увеличении сопротивления нагрузки оконечного каскада верхняя граничная частота промежуточного каскада уменьшается.

При сопротивлении нагрузки оконечного каскада верхняя граничная частота промежуточного каскада равна ; при сопротивлении нагрузки оконечного каскада верхняя граничная частота промежуточного каскада равна .

5. Выводы:

5.1. При U_ВХ=20 мВ наблюдаются заметные на глаз искажения формы синусоидального сигнала (рисунок 4.1), заключающиеся в «сплющивании» нижней полуволны напряжения. Это происходит потому, что рабочая точка попадает на нелинейный участок выходной ВАХ.

5.2. На рисунке 4.2 приведена амплитудная характеристика каскада. Видно, что она совпадает с идеальной до значений входного сигнала 15 мВ. Затем реальная характеристика идет более полого. Это связано с тем, что при больших амплитудах входного сигнала рабочая точка попадает на нелинейный участок ВАХ.

5.3. Значение входного сопротивления, рассчитанное из экспериментальных данных (R_BXэксп=667 Ом) не совпадает с расчетным (R_BXрасч=1.12 кОм). Это связано с разбросом параметров отдельных экземпляров транзисторов, погрешностью измерения (погрешность приборов, погрешность снятия, различные режимы измерений).

5.4. На рисунке 4.3 приведена нормированная АЧХ первого каскада с активной нагрузкой. Если продолжить характеристику до уровня 0,707, то видно что при уменьшении сопротивления активной нагрузки R_H1 повышается верхняя граничная частота. В области ВЧ это объясняется тем, что при меньшем сопротивлении нагрузки мы имеем меньшее выходное напряжение, следовательно, до меньшей амплитуды перезаряжается шунтирующая емкость и так как время перезарядки уменьшается, мы имеем большую верхнюю частоту.

5.5. На рисунке 4.4 приведена нормированная АЧХ первого каскада, нагруженного на следующий такой же каскад. При уменьшении сопротивления нагрузки второго каскада с бесконечности до 200 Ом верхняя граничная частота повышается. Это объясняется тем, что в результате уменьшения нагрузки коэффициент усиления оконечного каскада уменьшается следовательно уменьшается входная емкость второго каскада(исходя из формул, которые даны выше). Входная емкость второго каскада является паразитной шунтирующей для первого, уменьшая которую мы повышаем верхнюю граничную частоту