
Frisk_1_tom
.pdf
340 Глава вторая. Описание лабораторных работ по ОС и РПрУ
4б Схемы низкочастотной коррекции
Низкочастотная коррекция обеспечивает расширение полосы пропускания усилителя в нижней части, улучшая воспроизведение низких частот или снижая искажения переходной характеристики в области больших времен (скол вершины импульса).При этом используются схемы коррекции.
Схема широкополосного усилителя с НЧ коррекцией с помощью развязывающих фильтров представлена на рис. 8.2à.
Ðèñ. 8.2
Принципиальная схема резисторного каскада и, назначение компонентов в ней, не отличаются от описанных ранее в схеме стандартного резисторного каскада усилителя низкой частоты. Особенностью является включение развязывающего фильтра R20, C14 в коллекторную цепь транзистора.
Развязывающие фильтры устанавливается между каскадами в общую шину питания, т. к. обычно используется один источник для всех узлов како- го-либо устройства (например, усилителя). Это позволяет снизить влияние наиболее мощного каскада в многокаскадном усилителе на каскады, обладающие малым уровнем входного воздействия, через общий источник питания. Наличие у реального источника питания конечного внутреннего сопротивления создает на всех делителях переменное напряжение (например, R15, R16) на базе VT3, сравнимое с напряжением полезного сигнала. Включение таких фильтров существенно снижают взаимное влияние каскадов, и одновременно,
Лабораторная работа ¹ 8 |
341 |
|
|
они могут использоваться как цепочки низкочастотной коррекции, увеличи- вая усиление каскада в области нижних частот при определенном соотношении С14 и С12. Конденсатор С13 можно исключить из схемы, как не влияющий на частотные свойства каскада в области нижних частот.
Схема усилителя с коррекцией АЧХ в области нижних частот включением частотно-зависимой ООС (ðèñ. 8.2á) реализуется как двухкаскадный усилитель. При этом первый каскад на биполярном транзисторе VT1 обладает местной отрицательной обратной связью по постоянному и переменному токам, организуемой на резисторе R30. Цепь общей обратной связи, охватывающей одновременно оба каскада, создается цепочкой C20, R31. Развязывающие фильтры в принципиальной схеме усилителя отсутствуют, чтобы исключить их влияние на АЧХ усилителя. Каждый из транзисторов усилителя, включенных по схеме с ОЭ, поворачивает фазу входного сигнала на 180°. Поэтому фаза напряжения на выходе второго каскада будет отличаться от фазы входного сигнала на 360°. Подача части выходной мощности (напряжения) выходного сигнала на вход первого каскада обеспечивал бы равенство фаз входного и напряжения, т. е. возникала бы положительная ОС, увеличивающая линейные и нелинейные искажения. Ввод напряжения ОС в эмиттерную цепь транзистора VT1 приводит к противофазному изменению входного и напряжения ОС на промежутке база—эмиттер, создавая ООС. Отрицательная ОС улучшает частотные свойства усилителей, уменьшая коэффициент усиления. Назначение остальных компонентов принципиальной схемы усилителя рассматривались ранее.
Для сравнения усилительных и частотных свойств каскадов с НЧ коррекцией транзисторы работают в одинаковом режиме (коллекторные токи транзисторов равны).
5 Методические указания по выполнению работы
5.1 Расчетная часть
Расчет fâ÷ ãð проводится с использованием эквивалентной схемы транзистора Джиаколетто и элементов входной цепи следующего каскада, применяя соотношения из раздела 8 лабораторного описания и параметры компонентов принципиальной схемы рис. 8.1à.
Расчет fí÷ ãð для схемы частотной коррекции с использованием разделительных фильтров проводится с использованием эквивалентной схемы транзистора и элементов принципиальной схемы каскада (рис. 8.2à).
5.2 Экспериментальная часть
Частотные свойства резисторного каскада на транзисторе VT1 изучаются с применением моделирования принципиальной схемы усилителя во всей области частот на ЭВМ с учетом свойств источника сигнала и влияния второго каскада (на транзисторе VT2), полученных при:
•исследовании принципиальной схемы каскада;
•исследовании полной эквивалентной схемы каскада.

342 Глава вторая. Описание лабораторных работ по ОС и РПрУ
Машинный эксперимент по исследованию свойств резисторного каскада проводится на ПЭВМ с использованием системы схемотехничекого моделирования Мicro Cap8 (MC8).
Предполагается, что :
•студенты знакомы с основами работы операционной системы WINDOWS 98 (или более поздними версиями),
•имеют доступ к сети INTERNET и в состоянии, по указанному в п. 8 настоящего описания адресу, получить инсталляционные файлы студен- ческой версии программы mc8demo.exe или приобрести эту программу на CR дисках.
При выполнении п. 3.а.1—3.а.6 следует загрузить систему схемотехниче- ского проектирования МС8 и вызвать в главное окно принципиальную схему усилителя с цепочкой коллекторной ВЧ коррекции (рис. 8.1à), находящуюся в файле Vrescor.CIR. Для этого необходимо выбрать режим FILE основного меню (рис. 8.1), в выпадающем окне выбрать файл C:\MC8DEMO\data\ Vrescor.CIR, вызвав его в основное окно редактора. В центральном окне редактора должна появиться принципиальная схема усилителя, приведенная на рис. 8.1. Следует убедиться в соответствии параметров вызванной схемы и, приведенной в описании, (при этом нумерация элементов может отличаться от приведенной на рис. 8.1 и это не требует редактирования).
Ввод основных компонентов принципиальных схем
Если полученные методические материалы не содержат дискету с файлом принципиальной схемы усилителя, то ее следует ввести самостоятельно, выбрав режим FILE в меню главного окна (рис. 8.3), которое представлено командами: File, Edit, Component, Windows, Options, Analysis, Help.
Ðèñ. 8.3
Лабораторная работа ¹ 8 |
343 |
|
|
Меню File служит для загрузки, создания и сохранения файлов схем, библиотек математических моделей компонентов схем и для вывода схем на принтер. При этом программа автоматически присваивает окну схем некоторый текущий номер (например, circuit2).
Меню Edit служит для создания электрических схем, их редактирования, а также редактирования символов компонентов схем.
Команда Component главного меню используется для добавления в создаваемую или редактируемую схему компонентов, в дополнение к содержащимся в каталоге МС8 (каталог содержит более 100 аналоговых и цифровых компонентов). Каталог команды Component можно редактировать, создавая новые разделы иерархии и вводить в них новые компоненты (например, транзисторы отечественного производства). Меню команды Windows позволяет манипулировать открытыми окнами, обеспечивая доступ к редакторам МС8 и калькулятору.
Меню Options используется для настройки параметров программы. Меню Analysis предлагает виды анализа введенной принципиальной схемы. Меню Help позволяет обратиться к встроенному файлу помощи и оце-
нить, на предлагаемых примерах, возможности программы.
Создание принципиальной схемы начинается с выбора курсором компонента принципиальной схемы на строке основных компонентов (рис. 8.3) и нажатием на пиктограмму компонента левой кнопки мыши.
Перемещение компонента на экране производится при нажатой левой кнопке, а при необходимости изменить положение компонента, щелкают правой кнопкой при нажатой левой кнопке. При отпускании левой кнопки местоположение компонента фиксируется и в ниспадающем меню (рис. 8.4) появляется предложение присвоить ему позиционное обозначение в активированной строке PART.
Затем в рамке VALUE и, в соответствующей активированной строке левого окна, указывается величина компонента. Присвоенное компоненту позиционное обозначение и величина будут изображаться в главном окне при вводе принципиальной схемы, если соответствующий параметр будет помечен галочкой SHOW в рамке Name или Value, соответственно. При вводе значения параметров допускается использование масштабных коэффициентов:
Значение |
6 |
3 |
–3 |
–6 |
–9 |
–12 |
–15 |
|
10 |
10 |
10 |
10 |
10 |
10 |
10 |
||
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Префикс |
MEG |
K |
M |
U |
N |
P |
F |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Степ. форма |
10E+6 |
10E+3 |
10E-3 |
10E-6 |
10E-9 |
10E-12 |
10E-15 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Масштабный коэффициент может содержать и другие дополнительные символы, которые программа игнорирует. То есть величина емкости в 5 пФ может быть введена: 5 PF или 5 Р или 5Е-12. В ниспадающем меню может так же вводиться информация о мощности, рассеиваемой на компоненте, типе корпуса, стоимости, что необходимо для дальнейшего использования в программе PCAD при разработке топологии печатной платы и оценке стоимости устройства (если это предполагается в задании). Подтверждением окончания ввода любого компонента является нажатие клавиши OK. Если какие-либо

344 Глава вторая. Описание лабораторных работ по ОС и РПрУ
Ðèñ. 8.4
сведения введены неверно, то нажатие кнопки Cancel,отменяет всю введенную информацию о компоненте.
Транзистор типа NPN, который выбирается пиктограммой на второй строчке главного меню, устанавливается в схему, как описывалось ранее, и затем, на ниспадающем меню NPN:NPN Transistor (рис. 8.5), выбираются: PART — позиционное обозначение компонента, его тип VALUE (может пропускаться) и MODEL — используемый транзистор — КТ316В.
Поскольку в библиотеке транзисторов, предлагаемых в активированном окне справа, нет транзистора КТ 316В, то необходимо ввести параметры модели транзистора в подсвеченных окнах Source: Local text area of C:\MC8DEMO\data\.circuit2.cir (вместо представленных на рисунке), нажав предварительно кнопку New. При этом в рамке Value вместо New Model1 вводится название транзистора КТ316В. Затем поочередно входим в окна параметров транзистора и заменяем представленные программой МС8 параметры
на соответствующие транзистору КТ316В: |
|
|
|||
IS = 3.49F BF = 74.97 VAF = 102 |
IKF = 0.1322 |
ISE = 44.72F |
NE = 1.483 |
||
BR = 0.2866 VAR = 55 |
|
|
|
|
|
IKR = 0.254 |
ISC = 447F |
NC = 2 |
RB = 66.7 |
RC = 7.33 |
CJE = 1.16P |
VJE = 0.69 MJE = 0.33 |
|
|
|
|
|
CJC = 3.93P |
VJC = 0.656 |
MJC = 0.33 FC = 0.5 TF = 94.42P XTF = 2 |
|||
VTF = 15 ITF = 0.15 |
|
|
|
|
TR = 65.92N EG = 1.11 XTB = 1.5, остальные параметры модели транзистора принимаются по умолчанию.

Лабораторная работа ¹ 8 |
345 |
|
|
Ðèñ. 8.5
Модель генератора гармонических сигналов выбирается на панели компонетов главного окна, присваивая обозначение PART V8 и тип модели MODEL SG. Параметры модели F, A, DC и т. д. вводятся в соответствии с рис. 8.6.
Список компонентов заносится в текстовый файл Source: Local text area of C:\MC8DEMO\data\circuit2.cir. В окне F указывается значение частоты генератора гармонических сигналов (в герцах), А — величину амплитуды сигнала (в вольтах), DC — значение постоянной составляющей (в вольтах), PH — на- чальное значение фазы сигнала (в градусах), RS — величину внутреннего сопротивления источника сигналов (в Омах), RP — период повторения моделируемого процесса (если процесс затухающий, при указанной величине постоянной времени TAU, с), TAU — постоянная времени затухания переходного процесса.
Коррекция параметров источника сигнала проводится аналогично коррекции параметров транзистора. Поскольку АЧХ получают для некоторой области частот, то выбор частоты источника сигнала не имеет значения. В соответствие с алгоритмом расчета частотных характеристик в МС8 источнику всегда присваивают единичную амплитуду. Поэтому параметры описанного источника сигнала будут использоваться в основном при анализе свойств усилителей во временной области.
Величина напряжения источника питания V1 принимается равной 7 В. Подключение источника питания (батареи) в схему после выбора его пиктограммы в строке главного меню и задания параметров (рис. 8.7) должно проводиться с учетом типа проводимости транзистора.

346 Глава вторая. Описание лабораторных работ по ОС и РПрУ
Ðèñ. 8.6
Ðèñ. 8.7
Соединительные линии между элементами схемы прочерчивают, используя кнопку ввода ортогональных проводников Wire Mode (изображение линии) на панели инстру — ментов (рис. 8.3).

Лабораторная работа ¹ 8 |
347 |
|
|
При необходимости коррекции некоторых элементов принципиальной схемы необходимо вначале удалить соответствующий элемент (компонент, линию), нажав левой кнопкой мыши стрелку (Select Mode) — «изменение режима» окна главного меню, активизировать режим редактирования элементов или компонентов схемы. Затем, подведя курсор к компоненту, нажать левую кнопку мыши. При этом подсвечивается, обычно зеленым цветом, компонент или соответствующий текст на принципиальной схеме и затем, войдя в меню EDIT, выбирают CUT и удаляют необходимые атрибуты. Возникающие трудности при удалении элементов или вводе новых устраняются с использованием программы HELP главного меню.
Закончив ввод компонентов принципиальной схемы и, проверив их зна- чение, нажатием кнопки Node Numbers (номера узлов) определяют узлы, на которые подаются или с которых снимаются напряжения.
Для удобства анализа целесообразно ввести вторую схему широкополосного усилителя с эмиттерной ВЧ коррекцией. Поскольку эти схемы обладают достаточно большим числом одинаковых элементов и схожи по начертанию, целесообразно скопировать часть схемы с коллекторной коррекцией. Для этого, выбрав в главном окне режим Select Mode, обводят рамкой часть интересующего объекта (усилителя с коллекторной ВЧ коррекцией) и, захватив прямоугольник нажатием левой кнопки мыши, перетаскивают в нужное место. Затем проведя коррекцию компонентов схемы, получим усилитель с ВЧ эмиттерной коррекцией (рис. 8.1á).
Выбор режимов работы транзисторов по постоянному току
Перед началом анализа оценим режимы работы транзисторов по постоянному току. Для этого в режиме главного окна выбираем команду Analysis и на развернувшемся вниз меню — строку Dynamic DC.
Для приведенного на выпадающей закладке варианта выбора пределов режима Dynamic DC Limits, на принципиальной схеме указываются рассчитанные значения напряжений в узлах (по умолчанию), что реализуется для выбранной температуры (рис. 8.8) Temperature List (или списка значений) и величине шага изменения температуры в процентах (Slider Percentage Step Size). Выбор режима Place Text (установка метки) позволяет получать на экране монитора, одновременно с величиной напряжения в узлах,значения температуры, при которой они определены.
Ðèñ. 8.8

348 Глава вторая. Описание лабораторных работ по ОС и РПрУ
Повторным нажатием кнопки напряжений в узлах отменяем вывод на экран монитора значений напряжений, и активизацией кнопки отображения токов в ветвях, получим значения величин постоянных токов, протекающих че- рез элементы принципиальной схемы нажатием копки OK (рис. 8.8). Убеждаемся, что значения постоянных токов эмиттера транзисторов (Iý0 = 1,59 мА) VT1 и VT2 практически одинаковы (рис. 8.9), так же как и напряжения между коллектором и эмиттером (Uêý0 = 5,3 В). Для получения одинаковых режимов необходимо изменить напряжение питания каскада с эмиттерной ВЧ коррекцией, выбрав V3 = 9B (рис. 8.1á). Значения остальных компонентов указаны на рис. 8.1á.
Ðèñ. 8.9
Анализ свойств усилителей с ВЧ коррекцией
После установления одинаковых режимов работы транзисторов VT1 и VT2 входим в режим анализа свойств усилителей в частотной области.
Для этого, в меню главного окна выбираем команду Analysis и, в ниспадающем подменю, программу анализа частотных свойств АС (рис. 8.10) усилителя.
Нажатием левой кнопки мыши переходят к заданию пределов анализа, способа проведения анализа и представления на экране монитора результатов анализа.
В окне AC Analysis Limits (рис. 8.11) задается следующая информация: Frequency range — значения верхнего и нижнего пределов частот анализа; Number of Points — количество точек в заданном частотном интервале, в
котором производится расчет частотных характеристик и полученные значе- ния выводятся в форме таблицы (если это указывается);

Лабораторная работа ¹ 8 |
349 |
|
|
Ðèñ. 8.10
Теmperature — диапазон изменения температур(может задаваться одно значение, при которой проводится анализ);
Maximum Change — максимально допустимое приращение функции на интервале шага по частоте (учитывается только при автоматическом выборе шага — активизация процедуры Auto Scale Ranges);
Noise Input — имя источника шума, подключенного ко входу усилителя; Noise Output — номер(а) выходных зажимов, где вычисляется спектраль-
ная плотность напряжения шума;
Run Options — определяет способ хранения полученных результатов: Normal — результаты расчетов не сохраняются;
Save — результаты сохраняются на жестком диске;
Retrieve — использование результатов расчета, хранящегося на жестком диске для вывода на экран монитора;
State Variables — задание начальных условий интегрирования.
На экран монитора в соответствии с рис. 8.11 выводятся частотные зависимости коэффициента усиления по напряжению (YExpression) в узлах 8 и 15. Область частот (XExpression), в которой проводится анализ, определяется форматом: максимальное значение выводимой переменной, ее минимальное значение и шаг сетки значений. Аналогично задаются условия при выводе на экран монитора значений коэффициента усиления. Характер изменения зна- чений по оси Х — логарифмический, а по оси ординат — линейный. что вы-