ГУАП

КАФЕДРА № 41

ОТЧЕТ ЗАЩИЩЕН С ОЦЕНКОЙ

ПРЕПОДАВАТЕЛЬ

Доцент, Кандидат технических наук				В.И. Исаков
должность, уч. степень, звание		подпись, дата		инициалы, фамилия

ОТЧЕТ О ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ №10

Схемотехника транзисторных усилителей

по курсу: элементная база вычислительных систем и сетей

РАБОТУ ВЫПОЛНИЛ

СТУДЕНТ ГР. №	4116
			подпись, дата		инициалы, фамилия

Санкт-Петербург 2022

Цель работы: изучение принципов построения транзисторных усилителей устройств с резистивно-емкостными цепями межкаскадных связей, методики измерения и расчета их характеристик на примере микросхемы К118УН1.

Схема лабораторного макета

Рисунок 1. Схема лабораторного макета для исследования усилительного

устройства на микросхеме К118УН1.

Номинальные значения элементов схемы, приведенной на рисунке 1, следующие:

- резисторы: R1=270 Ом, R2=30 Ом, R3=270 Ом, R4=30 Ом, R5=120 Ом, R6=1,2 кОм, R7=12 Ом, R8=120 Ом, R9=1,2 кОм, R10=12 кОм, R11=12 Ом, R12=120 Ом, R13=470 Ом, R14=5,1 кОм, R15=5,1 кОм, R16=1 МОм, R17=47 Ом, R18=470 Ом, R19=470 Ом, R20=5,1 кОм, R1`=5.7 кОм, R2`=100 Ом, R3`=4 кОм, R4`=4 кОм, R5`=4 кОм, R6`=1.7 кОм, R7`=400 Ом;

- конденсаторы: С1=0,1 мкФ, С2=С3=С4=1 мкФ, С5=0,1 мкФ, С6=С7=С8=1 мкФ, С9=0,1 мкФ, С10=С11=С12=1 мкФ, С13=0,1 мкФ, С14=С15=С16=1 мкФ, С17=1000 пФ, С18=2000 пФ, С19=1000 пФ, С20=0,1 мкФ, С21=1 мкФ, С22=0,1 мкФ, С23=С24=1 мкФ;

- индуктивность L1=2750 мкГн.

Вариант 1.

Рисунок 2. Типовой усилительный каскад на биполярном транзисторе.

Рисунок 3. К анализу выходной цепи типового усилительного каскада: а) эквивалентная схема; б) схема замещения.

Частотная передаточная характеристика усилительного каскада (отношение изображений Фурье выходного и входного сигналов) :

(1)

где K₀  коэффициент усиления каскада на средних частотах; R_ВЫХ = R_КR_i/(R_К + R_i)  активная составляющая выходного сопротивления каскада на средних частотах; Rн  сопротивление нагрузки, jω  оператор Фурье;

Амплитудно-частотная характеристика усилителя:

(2)

где K₀  коэффициент усиления каскада на средних частотах; R_ВЫХ = R_КR_i/(R_К + R_i)  активная составляющая выходного сопротивления каскада на средних частотах; R_н  сопротивление нагрузки; f  частота.

Результаты экспериментальных исследований и теоретические расчеты

Таблица П1

Uвх, B	0,001	0,002	0,003	0,005	0,007	0,01	0,02
Uвых, B	0,014	0,032	0,048	0,076	0,105	0,144	0,36
Uвх, B	0,03	0,05	0,07	0,1	0,2	0,3	0,5
Uвых, B	0,48	0,77	0,96	1,2	1,56	1,62	1,62

Таблица П2

Конфиг.	1			2			3			4
fвх, Гц	Uвых, В	KU	KU , дБ	Uвых, В	KU	KU , дБ	Uвых, В	KU	KU , дБ	Uвых, В	KU	KU , дБ
20	0,02	4	12,04	0,02	4	12,04	0,04	8	18,06	0,02	3,8	11,60
50	0,05	10	20,00	0,05	10	20,00	0,063	12,6	22,01	0,057	114	41,14
100	0,14	28	28,94	0,14	28	28,94	0,14	28	28,94	0,15	30	29,54
200	0,22	44	32,87	0,25	50	33,98	0,24	48	33,62	0,24	48	33,62
500	0,46	92	39,28	0,45	90	39,08	0,5	100	40,00	0,42	84	38,49
1000	0,67	134	42,54	0,66	132	42,41	0,79	158	43,97	0,53	106	40,51
2000	0,79	158	43,97	0,8	160	44,08	1,23	246	47,82	0,59	118	41,44
5000	0,83	166	44,40	0,85	170	44,61	1,38	276	48,82	0,6	120	41,58
10000	0,83	166	44,40	0,81	162	44,19	1,39	278	48,88	0,59	118	41,44
20000	0,8	160	44,08	0,8	160	44,08	1,4	280	48,94	0,56	112	40,98
50000	0,81	162	44,19	0,75	150	43,52	1,37	274	48,75	0,57	114	41,14
100000	0,82	164	44,30	0,58	116	41,29	1,4	280	48,94	0,59	118	41,44
200000	0,8	150	43,52	0,36	72	37,15	1,3	260	47,60	0,54	108	40,67

U_ВХ = 0,05 B

K_U=(10U_ВЫХ/U_ВХ)

множитель 10 учитывает влияние ослабления входного сигнала перед подачей на микросхему.

Графики полученных зависимостей

Рисунок 4. График зависимости выходного напряжения от входного.

Коэффициент усиления следует рассчитать на участке близком к линейной зависимости.

K_U = (10 * 1.2 / 0.07) = 171,43

Значения входного и выходного сопротивления усилителя

Рисунок 5. Семейство амплитудно-частотных характеристик усилителя при различных значениях конфигурации схемы.

Выводы по работе:

1. Исходя из графика амплитудной характеристики усилителя (Рисунок 4.), динамический диапазон входных сигналов исследованного устройства:

U_{вх min} = 0.01; U_{вх max} = 0.18.

2. Результаты расчетов R_вх = и R_вых = согласуются с теоретическими оценками для маломощных транзисторных каскадов, включенных по схеме ОЭ. Для которых R_вх оценивается в «сотнях» ом, а R_вых в килоомах.

3. Влияние конфигурация усилителя на его АЧХ:

При подключении к схеме комплексной нагрузки из параллельно соединенных резистора и конденсатора можно заметить, что при высоких показателях частоты входного сигнала коэффициент усиления резко снижается. Это обусловлено тем, что сопротивление конденсатора имеет обратно пропорциональную зависимость к частоте сигнала и соответственно комплексное сопротивление нагрузки на коллекторе R_К снижается, что влечет за собой снижение коэффициента усиления.

K_U = U_вых / U_вх = R_К / R_Э.

При подключении в схеме к выводу эмиттера комплексной нагрузки из параллельно соединенных резистора и конденсатора на высоких частотах коэффициент усиления заметно выше чем в исходной конфигурации. По аналогии с предыдущим пунктом из-за высокой частоты переменного тока сопротивление конденсатора снижается и комплексное сопротивление нагрузки на эмиттере R_Э снижается, что приводит к росту коэффициента усиления.