Лабораторная работа №2 / Отчет по лабораторной №2

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций

им. Проф. М. А. Бонч-Бруевича»

Кафедра электроники и схемотехники

Лабораторная работа №2

По учебной дисциплине

«Схемотехника»

«Исследование свойств модели резисторного каскада с общим эмиттером и ОС»

Цель работы

1. Изучить свойства каскада с ОЭ и обратной связью (ОС) в режиме малого сигнала.

2. Выполнить анализ в частотной и временных областях.

3. Исследовать влияние сопротивления источника сигнала, нагрузки и элементов схемы

4. Изучить изменение свойств каскада ОЭ при введении отрицательной обратной связи.

Исходные данные

Тип КТ306 Г

h_21min = 40

h_21max = 200

При f = 100 МГц

τ_ос = 500 пс

C_k = 5 пФ

I_0k = 3 мА

E₀ = 8 В

Расчет сопротивлений резисторов цепей питания

Цепи питания транзистора определяются способом подачи смещения вне зависимости от способа его включения на переменном токе.

Заданными являются: напряжение источника питания E₀, ток покоя коллектора I_0К и тип транзистора.

Приняв значения:

Вычислим напряжение между коллектором и эмиттером транзистора:

3,2 В

Напряжение на базе:

Где напряжение между базой и эмиттером:

По заданному току покоя I_0К вычисляем ток базы:

h_21max, h_21min – максимальный и минимальный статические коэффициенты передачи тока для ОЭ.

Ток делителя:

Ток эмиттера:

Теперь вычисляем сопротивления резисторов:

Номинальные значения резисторов (E24)

270 ± 5% Ом

18 ± 5% кОм

4.3 ± 5% кОм

1.3 ± 5% кОм

Расчет элементов модели транзистора

Составление эквивалентной схемы каскада по постоянному току

Рисунок 1. Эквивалентная схема каскада по постоянному току.

Параметр	Предв. расчет	Единица измерения	Расчет на Fastmean
		кОм	18
		кОм	4,3
		кОм	1,3
		кОм	0,27
		-	89,44
E0	8	В	8
I0k	3	мА	3,014

Вычисление на Fastmean тока покоя коллектора I_0k

Рисунок 2. Результаты анализа по постоянному току.

Построение нагрузочной линии по постоянному току

Рисунок 3. Нагрузочная линия по постоянному току.

Расчет элементов модели транзистора для переменного тока

0,12 Ом

871,8 Ом

где - частота единичного усиления (h₂₁=1), а = , причём

k = 1.38× Дж/ - постоянная Больцмана; T - Температура в градусах Кельвина; q = 1.6× Кл – заряд электрона. Значит Uт = T/11.6 (мВ). При комнатной температуре.

Рисунок 4. Эквивалентная модель биполярного транзистора для сигнала.

Составление эквивалентной схемы каскада ОЭ

							Ck
мВ	кОм	мкФ	кОм	Ом	Ом	пФ	пФ		Ом	мкФ	кОм	мкФ	кОм
5	0,1	10	3,6	100	771,78	38,2	5	89,443	270	1000	1,3	10	2

Рисунок 5. Эквивалентная схема каскада ОЭ.

Рисунок 6. Эквивалентная схема каскада ОЭ с ОС.

Расчет параметров АЧХ и ПХ с помощью Fastmean

Параметры				∆ *	**	Примечание
Единицы измерения		Гц		%	мкс
Без ОС	36,79	33,6	1,8	17,6	0,22
С ОС	8,62	7,66	10,5	3,7	0,05

Рисунок 7. без ОС.

Рисунок 8. без ОС.

Рисунок 9. без ОС.

Рисунок 10. с ОС.

Рисунок 11. с ОС.

Рисунок 12. с ОС.

Рисунок 13. без ОС.

Рисунок 14. с ОС.

Рисунок 15. ∆ без ОС.

Рисунок 16. ∆ с ОС.

Определение влияния на АЧХ и ПХ емкости нагрузки.

Необходимо построить на одном графике пару АЧХ при значениях C_Н 10 пФ и 100 пФ. При тех же значениях C_Н построить графики с двумя ПХ для импульсов 25 мкс и 1,25 мс.

Рисунок 17. АЧХ при значениях C_н 100 пФ и 10 пФ.

Рисунок 18. ПХ при значениях C_н 100 пФ и 10 пФ t_и = 25 мкс.

Рисунок 19. ПХ при значениях C_н 100 пФ и 10 пФ t_и = 1,25 мс.

Определение влияния изменения емкостей разделительных конденсаторов и на параметры АЧХ и ПХ.

Необходимо произвести вычисление АЧХ и ПХ при значениях емкостей разделительных конденсаторов, равных 10 мкФ и 1 мкФ. При этом значения остальных элементов соответствуют таблице. Здесь надо построить две пары АЧХ и две пары ПХ для импульсов большой длительности.

С ОС:

				∆F *	Примечание
мкФ	дБ	Гц	Мгц	%
10	8,6	77,6	10,5	4,1
1	8,6	7,75	10,4	46

Без ОС:

				∆ *	Примечание
мкФ	дБ	Гц	Мгц	%
10	36,8	33,6	1,77	18
1	36,8	224	1,8	175

При сравнении таблиц, можно сделать вывод о том, что в схеме без ОС изменение емкости разделительных конденсаторов влечет большие изменения, чем в схеме с ОС.

Рисунок 20. ПХ при значениях 1 мкФ и 10 мкФ с ОС.

Рисунок 21. АЧХ при значениях 1 мкФ и 10 мкФ с ОС.

Рисунок 22. ПХ при значениях 1 мкФ и 10 мкФ без ОС.

Рисунок 23. АЧХ при значениях 1 мкФ и 10 мкФ без ОС.

Измерение входного и выходного сопротивлений каскада ОЭ с ОС

Эти показатели усилителей, наряду с коэффициентом усиления, АЧХ и ПХ, имеют большое значение. По ним можно судить, как будет взаимодействовать устройство с источником сигнала, нагрузкой или с предыдущим каскадом и последующим. Обычно измерения проводят на средней частоте:

Рисунок 24. Определение входного сопротивления.

Рисунок 25. Определение выходного сопротивления.

Изучение влияния частотно-зависимой обратной связи на АЧХ и ПХ каскада

Определение величины корректирующей емкости конденсатора для получения максимальной частоты верхнего среза при заданном

№ п/п					*	Примечание
	пФ		Гц	Мгц	мкс
1	0	6	21,6	10,7	0,09
2	200	15,52 дБ	27	22	0,07

Семейство АЧХ при подключенном конденсаторе C_Э1 к резистору R_Э1, при заданном диапазоне изменения емкости C_Э1=200…1200 пФ.

Рисунок 26. АЧХ каскада ОЭ с частотно-зависимой ОС.

Измерение параметров ПХ.

Для измерения параметров ПХ в схемах необходимо заменить генератор гармонического сигнала на импульсный. Заменить частоту следования f_И, обеспечивающую импульс длительностью 25 мкс.

Рисунок 27. ПХ при и .

Контрольные вопросы

1. Каковы пути прохождения переменных токов?

Пути прохождения переменных токов в цепи определяются с помощью методов узловых потенциалов (Правила Кирхгофа).

2. Как изменяется АЧХ при введении ОС?

АЧХ становится более широкополосной.

3. Как влияет изменение номинальных значений элементов схемы на АЧХ и ПХ?

При уменьшении C_н АЧХ становится более широкополосной, а ПХ изменяется незначительно, практически без изменений.

4. Какими элементами схемы определяется коэффициент усиления напряжения на средних частотах?

Коэффициент усиления напряжения на средних частотах определяется резисторами ,

5. Какие элементы схемы определяют входное сопротивление?

Резистор .

6. От каких элементов схемы зависит выходное сопротивление?

От величины сопротивления на вспомогательном резисторе R.

7. ОС какого вида возникает при отсутствии конденсатора C_э?

При отсутствии конденсатора C_э получим ОЭ с ООС.

8. Как влияет эмиттерная ОС на АЧХ и ПХ каскада?

АЧХ становится более широкополосной, на графике ПХ видно, что эмиттерная ОС уменьшает .

9. Почему в резисторном каскаде возникает подъем АЧХ в области верхних частот?

Емкость C_э1 < C_э2 , она оказывает влияние на АЧХ в области высоких частот.

10. Как влияет ОС на коэффициент усиления в области средних частот?

Коэффициент усиления в области средних частот уменьшается.