МИНИСТЕРСТВО ЦИФРОВОГО РАЗВИТИЯ, СВЯЗИ И

МАССОВЫХ КОММУНИКАЦИЙ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Ордена Трудового Красного Знамени федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Московский технический университет связи и информатики»

Кафедра «Радиооборудование и схемотехника»

Лабораторная работа №1

«Исследование резисторного каскада предварительного усиления»

по дисциплине

«Схемотехника»

Выполнили студенты гр.XXXX:

https://t.me/mattervisualizer

Проверил:

Москва, 2023 г.

Содержание.

Цель работы.

1) Исследование характеристик резисторного каскада предварительного усиления.

2) Освоение методов схемотехнического моделирования на основе программы Microcap.

Ход работы.

В данной лабораторной работе дан каскад предварительного усиления.

Значения элементов схемы приведены ниже. (см. рис. 1)

Рисунок 1. – Схема предварительного усилителя.

Перенеся схему в программу Microcap, с помощью анализа цепи по переменному току (AC Analyze) получаем графики АЧХ, показывающие сквозной коэффициент и коэффициент усиления напряжения (см. рис. 2)

Рисунок 2. – Полученные графики в ходе исследования.

Судя по полученным графикам, максимальная амплитуда выходного АЧХ достигает 31.7 В, что и является коэффициентом усиления , а на входе сквозной коэффициент достигает 9.3 В. Рассчитаем теоретические коэффициенты:

= , где R = = ≈ ;

; = = Ом;

= ; = ≈ 11.4, что примерно совпадает с опытным коэффициентом.

= = ≈ 31.6, что также практически совпадает со значением из программы.

Изменяем параметры реактивных элементов. В Microcap данный анализ можно провести, нажав Stepping и введя необходимые данные. Выводим те же графики АЧХ, но с иными параметрами , в диапазоне от до . На графиках видно, что, меняя ёмкость конденсатора меняется и полоса пропускания, а срез нижних частот движется в право.

Рисунок 3. – Графики АЧХ с изменением .

Проверить это можно с помощью формулы частоты нижней границы. = , где = ( ) * Соответственно частота нижней границы частот обратно пропорциональна ёмкости конденсатора , так: = , где = = = 0.05 Ом =>

= ≈ 0.05 => = (0.05 + 1000) * ≈ 0.025 c при ёмкости = . Нижняя граница частот должна получиться примерно = ≈ 6.3 Гц. На практике вычисляется нахождением 0.1* , что в нашем случае равно 6.37В. Затем поиском частоты с такой амплитудой в левой части графика. На практике результат сошёлся с теоретическим Гц.

Рисунок 4. – Выходной график АЧХ с .

Аналогичным образом находится , но в этом случае берётся амплитуда равная = 22.4В, и находится в правой части графика, что равняется 369кГц:

Проверим результат на практике пользуясь формулой = ; где:

= ; =

= 2.8* =

= ≈ 1974.6 Ом;

+ (1+ ); = 4* ;

= 4* +3* (1+31.7) = 4.1*4* +9.8*4* =1.4*

1.4* *1974.6 7.9* ; =

Снижая ёмкость конденсатора мы также влияем на полосу пропускания и создаём нелинейные(частотные) искажения. Так изменив значение ёмкости с 1E-4 до 1E-9 конденсатора мы получаем похожую картину по нелинейным искажениям на области рабочих частот:

Рисунок 5. – Графики АЧХ с изменением .

Изменение сопротивления на нагрузке R6 в диапазоне с 1E3 до 6E3 приводит к линейному, равномерному снижению выходной характеристики во всей области рабочих частот. Связанно это с тем, что R6 стоит на выходе, следовательно по закону Ома снижает амплитуду выходного сигнала не зависимо от частот.

Рисунок 6. – Графики АЧХ с изменением .

Microcap также позволяет провести анализ ФЧХ. Проанализировав график, можно обнаружить характерные падения на граничных частотах 10-60 Гц и 100кГц-20МГц. Наиболее ровный график на рабочей частоте 60Гц-100кГц.

Рисунок 7. – Графики ФЧХ выхода каскада.

Выделив граничные частоты на АЧХ, перенесли их на ФЧХ и нашли необходимые углы

При изменении ёмкости C4 в пределах от 2.5E-5 до 1E-9 - виден характерный сдвиг снижения фазы, который сжимает рабочий диапазон частот.

Рисунок 8. – Графики ФЧХ с изменением .

Изменение ёмкости C3 аналогично влияет на ФЧХ, но так как диапазон ёмкостей в этом случае больше (1E-4 – 1E-9), «перегибы» на граничных частотах видны более явно.

Рисунок 9. – Графики ФЧХ с изменением .

Изменение сопротивления нагрузки (1E3 – 6E3) почти не влияет на фазу выходного сигнала, лишь немного сдвигая вправо зоны граничных частот.

Рисунок 10. – Графики ФЧХ с изменением .

Импульс.

При подаче кратковременного импульса сначала заряжается емкость, затем после полной зарядки начинается активный режим усиления.

Рисунок 11. – График кратковременного импульса.

Рисунок 12. – Графики кратковременного импульса с изменённым .

Рисунок 13. – Графики кратковременного импульса с изменённым .

Рисунок 14. – График длительного импульса.

Рисунок 15. – Графики длительного импульса с изменённым .

Рисунок 15. – Графики длительного импульса с изменённым .

Вывод.

Мы исследовали характеристики резисторного каскада предварительного усиления. В процессе этой лабораторной работы освоили методы схемотехнического моделирования на основе программы Microcap. Научились рассчитывать параметры однокаскадного предусилителя.