3.2 Рабочая точка транзистора 2n2907 (типа pnp)

Выберем рабочую точку второго каскада с транзистором 2N2907: I_к0 = 50 мА, U_б0 ≈ 760 мВ, I_б0 2 = 0,23 мА, R_вх = 22 Ом и S₀ = 1000 мА/В. Графики п.1.1-1.2 для выбранной рабочей точки представлены на рисунках 3.6-3.10.

Рисунок 3.6 – Входная характеристика транзистора 2N2907

Рисунок 3.7 – Проходная характеристика транзистора 2N2907

Для построения нагрузочной прямой на графике выходных характеристик транзистора (рисунок 3.8) рассчитаем I_к(0) по аналогии с п.3.2.

Значение напряжения коллектора промежуточного (второго) каскада U_Rк2 рассчитаем как U_Rк3 + U_б0 1 = 7 + 0,725=7,725 В.

Наконец, для промежуточного каскада получим:

U_Rэ2 = U_Rк1 – U_б0 2 = 7,725 – 0,76 = 6,965 В,

U_к0 2 = Е – (U_Rэ2 + U_Rк2) = 24 – (6,965 + 7,725) = 9,31 В.

Полученная карта напряжений представлена на рисунке 3.8а.

Рисунок 3.8а – Карта напряжений УПТ

Согласно полученной карте напряжений рассчитаем значения сопротивлений для схемы трёхкаскадного усилителя:

Тогда I_к2(0) = Е/(R_к2 + R_э2) = 12/(155 + 160) = 80 мА.

E

U_к0

I_к2(0)

Рисунок 3.8 – Выходные характеристики транзистора 2N2907 (PNP)

Рисунок 3.9 - Крутизна транзистора 2N2907

Рисунок 3.10 – Зависимость R_вх от напряжения между базой и эмиттером транзистора 2N2907

4 Построение трёхкаскадного упт

4.1 Построение трёхкаскадного упт с непосредственной связью

Проведём моделирование, подставив сопротивления (рисунок 4.1).

Рисунок 4.1 – Схема трёхкаскадного УПТ

Из рисунка 4.1 видно, что построенная карта напряжений была получена с некоторыми допущениями, однако соответствует расчётам.

Перейдём к схеме с двухполярным питанием (рисунок 4.2), а также подключим источник переменного напряжения c амплитудой входного напряжения 10 мкВ и частотой 60 кГц. Для оценки коэффициента усиления подключим осциллограф (Oscilloscope) и Бодэ плоттер (Bode Plotter), полученные графики для которых представлены на рисунках 4.3а и 4.3б соответственно.

Рисунок 4.2 – Схема трёхкаскадного УПТ с двухполярным питанием: зелёный провод – входное воздействие, синий провод – выходное

а)	б)

Рисунок 4.3 – Графики работы разработанной схемы УПТ: а) диаграмма Бодэ, б) осциллограмма напряжений, где зелёный – входное воздействие (10 мкВ), синий – выходное (12,3 мкВ)

Низкий коэффициент усиления (1,8 дБ) обусловлен наличием резисторов R_Э1, R_Э2, R_Э3, которые создают в каждом каскаде местную параллельную отрицательную обратную связь (ООС) по току [4].

4.2 Построение упт на основе дифференциальных каскадов

Чтобы устранить обратную связь, которая является причиной невозможности создания УПТ с большим коэффициентом усиления по схеме на рисунке 4.1, заменим транзисторы дифференциальными каскадами [5].

Дифференциальный каскад – усилительный каскад, образуемый симметричным включением двух схем с общим эмиттером. Суть работы дифференциального каскада заключается в том, что он усиливает напряжение, приложенное между его входами (дифференциальный сигнал), независимо от других каскадов УПТ. Однако, необходимо соблюдать точную симметрию схемы, чтобы ток покоя и напряжения на коллекторах обоих транзисторов (в одном каскаде) имели равные значения для обеспечения рассчитанного режима УПТ.

Таким образом, замену схемы 4.1 на схему с дифференциальными каскадами будем производить по принципу: сопротивления коллектора остаются прежними, сопротивления в цепи эмиттера уменьшаются в два раза, так при параллельном подключении резисторов одинакового номинала общее сопротивление уменьшается в два раза . Результат моделирования приведён на рисунке 4.4 (более подробная схема представлена в приложении А). Для оценки коэффициента усиления подключим осциллограф и Бодэ плоттер, полученные графики для которых представлены на рисунках 4.5а и 4.5б соответственно.

Рисунок 4.4 – Трёхкаскадный УПТ на дифференциальных каскадах: вольтметр и амперметры, измеряющие U_вых и I_вых, находятся в режиме АС

а)	б)

Рисунок 4.5 - Графики работы разработанной схемы УПТ на дифференциальных каскадах: а) диаграмма Бодэ, б) осциллограмма напряжений, где зелёный график – входное воздействие (10 мкВ), синий – выходное напряжение (4,1 В)

Амплитуда выходного напряжения зависит от частоты источника сигнала. Например, при частоте генератора f_г = 60 кГц размах выходного воздействия (две амплитуды) составляет U_вых = 8,2 В и на граничной частоте f_г = f_в = 1,39 МГц выходное напряжение U_вых = 5,7 В, если нагрузку подключать сразу к двум выводам УПТ. При подключении нагрузки к одному выводу УПТ при тех же значениях частоты входного воздействия выходное напряжение уменьшается в два раза.