методички / Задание на лабораторную работу №1
.docОрдена Трудового Красного Знамени федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский технический университет связи и информатики» (МТУСИ)
Схемотехника телекоммуникационных устройств.
Лабораторная работа №2 Тема: Исследование резисторного каскада предварительного усиления.
Москва 2018
1. Цель работы: Исследовать характеристики резисторного каскада предварительного усиления; освоить методы схемотехнического моделирования на основе программы Micro Cap 11.
2. Принципиальная схема усилителя:
Напряжение источника питания V2 должно быть равным 9В.
Параметры транзистора КТЗ16А (QI) (нулевой вариант, приведены параметры из модели в пакете MicroCAP, откуда нужно взять значения, соответствующие своему варианту, если параметр не указан – значение одинаково для всех вариантов):
объемное сопротивление базы гб=66.7 Ом (RB);
статический коэффициент усиления по току h21э=75 (BF);
емкость коллекторного перехода Ск=ЗпФ (CJC);
частота единичного усиления f=150 МГц;
выходная проводимость h22э=20мкСм;
постоянный ток Iко =1 мА.
Модели транзисторов в соответствии выбрать с номером подгруппы, выполняющей работу. Параметры моделей транзисторов приведены в Приложении 1.
1 подгруппа – транзистор 2Т312В
2 подгруппа – транзистор 2Т315Е
3 подгруппа – транзистор KT316D
4 подгруппа – транзистор KT342B
5 подгруппа – транзистор KT368A
6 подгруппа – транзистор KT3102G
7 подгруппа – транзистор KТ3142А
8 подгруппа – транзистор KT630B
9 подгруппа – транзистор 2T653A
10 подгруппа – транзистор КT660A
11 подгруппа – транзистор КT817В
12 подгруппа – транзистор 2T819A
ВНИМАНИЕ! При вводе параметров транзистора СНАЧАЛА ввести название модели (латинскими буквами), и только затем вводить цифровые данные параметров транзистора. Неуказанные в задании данные игнорировать (не вводить ничего). По окончании ввода не забудьте сохранить модель.
ВНИМАНИЕ! Если модель уже существует, проверить хотя бы основные параметры (бету, ток насыщения, сопротивления и емкости). В случае расхождений – ввести параметры из задания.
Рассчитать следующие характеристики:
коэффициенты усиления напряжения, тока и мощности;
сквозной коэффициент усиления напряжения;
верхнюю граничную частоту для входной цепи fвгр на уровне Мв=ЗдБ
нижнюю граничную частоту для выходной цепи fнгр на уровне Мн=ЗдБ
время установления импульса tуст во входной цепи;
величину спада плоской вершины импульса во входной цепи при длительности импульса Ти- 0.9мс.
3. Задание на экспериментальную часть
3.1. Ввести и отредактировать схему исследуемого каскада.
3.2.Определить и записать параметры режима каскада (токи в ветвях и напряжения в узлах схемы).
3.3. В режиме анализа частотных характеристик:
получить и зарисовать амплитудно-частотные характеристики коэффициентов усиления Kн(f) и Kскв(f) ;
оценить величину коэффициентов усиления в области средних частот;
оценить значения верхней и нижней граничных частот АЧХ на уровне 0.707 (-3 дб).
получить и зарисовать АЧХ каскада при:
изменении величины емкости С3 от 0.25 мкФ до 250.25 мкФ с шагом 125мкФ;
изменении величины ёмкости С4 от 100.1 мкФ до 0.1 мкФ с шагом (-50)мкФ;
изменении величины сопротивления R5 от 6.2 кОм до 1.24 кОм с шагом (-2.48)к0м;
получить и зарисовать фазочастотную характеристику усилительного каскада;
оценить значения фазочастотных искажений на верхней и нижней граничных частотах (пределы изменения переменных по осям X и Y определить из предварительного расчета).
3.4. В режиме анализа переходных характеристик:
получить переходную характеристику в области малых времён (задать длительность импульса Ти ≥5...10τуст определенную из предварительного расчета);
определить время установления исследуемого каскада;
исследовать влияние на переходную характеристику в области малых времен:
конденсатора C5 при изменении его емкости от 0.5нФ до 5,5нФ с шагом 2.5нФ;
резистора R6 при изменении величины его сопротивления от 1 кОм до 11 кОм с шагом 5к0м;
зарисовать полученные характеристики;
получить переходную характеристику в области больших времён;
определить величину спада плоской вершины импульса;
исследовать влияние на переходную характеристику в области больших времен:
конденсатора С4 при изменении его ёмкости от 100нФ до 400нФ с шагом 150нФ;
резистора R6 при изменении величины его сопротивления от 1.2к0м до 11 .2к0м с шагом 5к0м;
Зарисовать полученные характеристики.
Сделать выводы и оформить отчет.
Расчетные формулы:
ОСЧ:
ОВЧ:
ОНЧ:
Указания к выполнению эксперимента:
Проверка режима по постоянному току выполняется с помощью выбора команды Dynamic DC в меню Analysis. Используйте кнопки пиктограммы на панели инструментов. При их нажатии на схеме появляются значения измеряемых величин.
Режим анализа АЧХ.
Для анализа частотных характеристик выберите режим AC в меню Analysis.
Для исследования АЧХ окно пределов измерения:
Режим Stepping.
В этом режиме есть возможность снятия графиков при пошаговом изменении величины какого-либо из элементов схемы.
На рисунке показан пример изменения емкости C4 от 250 мкФ до 20 мкФ с шагом 100 мкФ.
После снятия графиков делаются выводы о влиянии данного элемента схемы на АЧХ.
Глубину обратной связи находим, как: A=Ku cp/Ku cp ooc, коэффициенты усиления определяем по соответствующим графикам АЧХ.
Для исследования ФЧХ окно пределов измерения указано вместе с окном пределов для АЧХ.
Режим анализа переходных характеристик:
Для анализа переходных процессов нужно изменить источник синусоидального напряжения на источник импульсных сигналов (Pulse Source) и изменить параметры модели Pulse.
Для малых времен:
Для больших времен:
В меню Analysis выбрать режим Transient и задаться необходимыми параметрами.
Для малых времен.
Для больших времен:
Рекомендуемая таблица для записи полученных результатов:
|
Kн |
Kскв |
Fн0.7, Гц |
Fв0.7, кГц |
ϕн, град |
ϕв, град |
τу, мкс |
Δ |
Предварительный расчёт
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Результаты моделирования |
|
|
|
|
|
|
|
|
Результаты сравнения расчётов и моделирования |
|
|
|
|
|
|
|
|
Приложение 1. Математические модели БТ типа NPN
Тип БТ для исследования выбирается в соответствии с номером бригады по журналу группы (или по предварительной договорённости с преподавателем).
Математические модели NPN БТ
MODEL KT316А NPN (IS=3.49F BF=75 VAF=102 IKF=132.2M ISE=44.72F NE=2.5 BR=660M VAR=55 IKR=254M ISC=447P RB=66.7 RBM=0.88 RC=7.33 CJE=1.16P VJE=690M CJC=3.93P VJC=650M TF=94.2P XTF=2 VTF=15 ITF=150M PTF=21 TR=65.92N XTB=1.5)
MODEL 2T312B NPN (IS=45.5F BF=138.1 VAF=74.83 IKF=152.8M ISE=689.3F NE=1.383 BR=1 VAR=0 IKR=2.026 ISC=1.136P RB=260 RBM=0 RC=0.5361 CJE=25.53P VJE=750M CJC=8.12P VJC=0.2799 TF=1.086N XTF=0 VTF=10 ITF=1 PTF=0 TR=10N XTB=1.5)
MODEL 2T315E NPN (IS=23.68F BF=230 VAF=60 IKF=0.1224 ISE=23.68F NE=1.206 BR=4.387G VAR=0 IKR=20M ISC=900P RB=0 RBM=0 RC=5 CJE=10P VJE=700M CJC=7P VJC=700M TF=1N XTF=1.1 VTF=80 ITF=40M PTF=0 TR=130.5N XTB=1.5)
MODEL KT316D NPN (IS=2.75F BF=136.5 VAF=96 IKF=97.23M ISE=12.8P NE=2.5 BR=660M VAR=155 IKR=120M ISC=15.5P RB=70.6 RBM=70.6 RC=8.4 CJE=1.16P VJE=690M CJC=4.1P VJC=650M TF=79P XTF=2 VTF=25 ITF=150M PTF=21 TR=27.8N XTB=1.5)
MODEL KT342B NPN (BF=739.7 BR=1.0 XTB=1.5 IS=5.997F EG=1.11 CJC=10.44P CJE=14.23P RB=19.0 RC=0.9855 VAF=95.7 TF=307.5P TR=78.22N MJC=0.3906 VJC=750.0M MJE=0.33 VJE=750M CJS=0.0 VAR=210 NF=1.0 NR=1.0 ISE=50.36F ISC=23.96F IKF=0.1497 IKR=2.077 NE=1.496 NC=1.34 RE=0.0 IRB =0.0 RBM=19.0 VTF=50.0 ITF=0.52 XTF=2.0 PTF=20.0 XCJC=1.0 VJS=0.75 MJS=0.0 XTI=3.0 KF=0.0 AF=1.0 FC=0.5)
MODEL KT368A NPN (IS=8.68F BF=325 NF=1.2 VAF=108 IKF=100M ISE=9F NE=1.38 BR=1.45 NR=1.1 VAR=210 IKR=150M ISC=16.3F RE=1 RB=9 RBM=9 RC=2.45 CJE=3.12P VJE=700M MJE=500M CJC=3.42P VJC=700M MJC=500M XCJC=450M TF=87P XTF=2 VTF=25 ITF=150M PTF=25 TR=26N XTB=1.5 )
MODEL KT3102G NPN (IS=2.99F XTI=3 EG=1.11 VAF=58.2 BF=831 ISE=27.52F NE=1.623 IKF=.1121 NK=.5 XTB=1.5 BR=1 ISC=211.5F NC=1.76 IKR=1.586 RB=42 RC=.4274 CJC=8.873P MJC=.33 VJC=.75 FC=.5 CJE=11.3P MJE=.33 VJE=.69 TR=41.67N TF=386.3P ITF=1 XTF=2 VTF=40)
MODEL KТ3142А NPN (BF=65.69 BR=1.92959 XTB=1.5 IS=9.13е-012 EG=1.11 CJC=1.364е-011 CJE=1.15е-011 RB=3.25 RC=0.6443 VAF=14.0 TF=9.28е-010 TR=1.26е-7 MJC=0.473 VJC=0.7 MJE=0.572 VJE=0.7 CJS=0.0 VAR=30.0 NF=1.038 NR=1.2 ISE=2.79е-022 ISC=2.36е-009 IKF=0.136 IKR=0.011 NE=0.842 NC=2.0 RE=0.2358 IRB=0.1е-004 RBM=3.25 VTF=1.149 ITF=2.72е-007 XTF=0.00572 PTF=26.0 XCJC=0.5 VJS=0.7 MJS=0.5 XTI=3.0 KF=0.0 AF=1.0 FC=0.5)
MODEL KT630B NPN (IS=1.67E-13 BF=260 VAF=124.866 IKF=0.4 ISE=7.22E-12NE=1.62E+00 BR=1.962 VAR=248 IKR=5774.23 ISC=2.02E-08 RE=311.7M RB=8RBM=8 RC=0.795 CJE=7.07E-11 VJE=0.74999 MJE=0.33 CJC=2.34E-11VJC=0.75 MJC=0.33 VJS=0.75 FC=0.5 TF=2.93E-09 XTF=0.510 VTF=10 ITF=0.006 TR=1.0E-08)
MODEL 2T653A NPN (IS=6.00E-14 BF=75 VAF=90 VAR=100 IKR=0.2 ISC=6.00E-13 RB=5 RBM=3.5 IRB=0.5 RC=0.1 CJE=4.80E-11 VJE=0.75 MJE=0.33 CJC=3.80E-11 VJC=0.75 MJC=0.33 CJS=2.00E-14 VJS=0.75 MJS=0.33 FC=0.5 TF=1.20E-09 XTF=1.5 VTF=60 ITF=0.3 TR=3.20E-08 XTB=1.5)
MODEL KT660A NPN (BF=340 BR=0.7 CJC=12p CJE=22p IKF=260m IKR=16m IRB=12m IS=9.95f ISC=100p ISE=4.054p ITF=9.8m MJC=500m MJE=500m NE=1.73 NF=910m NR=1.2 PTF=27 RB=93 RBM=18 RC=900m RE=300m TF=0.41n TR=2.1u VAF=80 VAR=410 VJC=700m VJE=700m VTF=10 XCJC=250m XTB=1.5 XTF=500m XTI=3 FC=0.5)
MODEL KT817B NPN (IS=3.5E-13 BF=34 VAF=50 IKF=1 ISE=1E-13 VAR=210 IKR=1 ISC=0.0000001 NC=1.5 RB=0.6 RBM=0.48 IRB=0.5 RC=0.15 CJE=1.5E-10 VJE=0.75 MJE=0.33 CJC=2.4E-10 VJC=0.75 MJC=0.37 CJS=2E-12 VJS=0.75 MJS=0.5 FC=0.5 TF=1.56E-09 XTF=1.5 VTF=100 ITF=0.5 TR=5.3E-08 XTB=2)
MODEL 2T819B NPN (IS=51.74E-18 BF=20 VAF=200 IKF=5 ISE=1E-3 VAR=0 IKR=0 ISC=0.001 NC=2 RB=0 RBM=0 IRB=0 RC=0 CJE=1N VJE=0.75 MJE=0.333 CJC=6E-10 VJC=0.75 MJC=0.333 CJS=600E-12 VJS=0.75 MJS=0 FC=0.5 TF=31.81E-09 XTF=0 VTF=0 ITF=0 TR=10N XTB=2)
MODEL KT841A NPN (BF=34.84 BR=0.06 XTB=1.5 IS=10.1F EG=1.11 CJC=1.17N CJE=7.58N RB=2.13 RC=0.0342 VAF=17.751 TF=17.5P TR=1.05N MJC=0.499 VJC=0.7 MJE=0.492 VJE=0.699 CJS=0.0 VAR=103.2 NF=0.9 NR=1.25 ISE=44.3P ISC=0.276P IKF=5.565 IKR=999.99 NE=1.533NC=2.0 RE=0.068 IRB=1.7 RBM=0.096 VTF=113.51 ITF=53.44 XTF=0.5 PTF=28.0 XCJC=0.55 VJS=0.7 MJS=0.5 XTI=3.0 KF=0.0 AF=1.0 FC=0.5)
MODEL KT850B NPN (BF=200 BR=100m CJC=72p CJE=830p IKF=1 IKR=2.4 IRB=3m IS=16.75f ISC=99.8p ISE=1.06p ITF=11m MJC=499m MJE=499m NE=1.34 NF=932m NR=1.2 PTF=27 RB=28 RBM=1.53 RC=70m RE=200m TF=6.4n TR=10u VAF=57 VAR=200 VJC=700m VJE=700m VTF=10 XCJC=400m XTB=1.5 XTF=500m)
MODEL KT854A NPN (BF=200 BR=180m CJC=799p CJE=1.11n IKF=3 IKR=1 IRB=400mIS=9.9f ISC=14p ISE=1.07p ITF=10m MJC=500m MJE=500m NE=1.14 NF=762m NR=1.2 PTF=26 RB=60 RBM=20m RC=60m RE=200m TF=943p TR=370n VAF=26 VAR=120 VJC=700m VJE=700m VTF=10 XCJC=300m XTB=1.5 XTF=500m)
MODEL KT862A NPN (BF=450 BR=2 CJC=1.98n CJE=10.8n IKF=3 IKR=300 IRB=300m IS=9.99f ISC=.254f ISE=9.3p ITF=60n MJC=500m MJE=500m NE=1.54 NR=1.2 PTF=26 RB=13m RBM=13m RC=31m RE=73m TF=5.22n TR=90n VAF=25 VAR=120 VJC=700m VJE=700m VTF=10 XCJC=300m XTB=1.5 XTF=500m)
MODEL KT864A NPN (BF=1.795K BR=8.71m CJC=994.98p CJE=2.828n IKF=1.28 IKR=1 IRB=250m IS=9.664f ISC=400p ISE=980.5f ITF=1.7m MJC=572m MJE=642.9m NE=1.223 NF=880m NR=1.2 PTF=27 RB=6.53 RBM=1.48 RC=461.26u RE=25.78m TF=7n TR=377n VAF=25 VAR=63 VJC=700m VJE=700m VTF=107 XCJC=300m XTB=1.5 XTF=6.2)
Математические модели PNP БТ
MODEL KT3107A PNP (IS=6.55F BF=105.5 VAF=86.5 IKF=.186 ISE=7.73N NE=8.56 BR=1.62 VAR=32 IKR=12M ISC=3.35P RB=39.1 RC=.71 CJE=12.59P VJE=.69 MJE=.35 CJC=12.83P VJC=.65 MJC=.33 FC=.5 TF=477.5P XTF=2 VTF=35 ITF=56M TR=30.5N XTB=1.5)
MODEL KT842A PNP (IS=120.1F XTI=3 EG=1.11 VAF=100 BF=174.1 NE=1.498 ISE=1.681P IKF=5.206 NK=.5749 XTB=1.5 BR=1.302 ISC=3.044PNC=1.426 IKR=1.064 RB=1 RC=.2374 CJC=557.4P MJC=.3779 VJC=.75 FC=.5CJE=3.051N MJE=.33 VJE=.75 TR=825.9N TF=5.126N ITF=25 XTF=1.1 VTF=40)
MODEL KT851A PNP (IS=10E-14 BF=233.6 NF=0.9582 VAF=90.7 IKF=1.079 ISE=9.87E-13 NE=1.452 BR=0.3574 VAR=400 IKR=0.034 ISC=8.42E-12 RE=0.233 RB=1.3 RBM=0.36 IRB=0.15 RC=0.7914 CJE=3.14E-9 MJE=0.50 CJC=9.91E-10 VJC=0.74999 MJC=0.4998 XCJC=0.6 VJS=0.7 MJS=0.5 FC=0.5 TF=1.95E-8 XTF=0.4888 VTF=10.002 ITF=5.75E-13 PTF=26 TR=4.96E-5 XTB=1.5)
MODEL KT816B PNP (IS=3.5E-13 BF=34 VAF=20 IKF=1 VAR=210 IKR=1 NC=1.5 RB=1.44 RBM=1.15 IRB=0.5 RC=0.33 CJE=1.5E-10 VJE=0.75 MJE=0.33 CJC=2.4E-10 VJC=0.75 MJC=0.37 CJS=2E-12 VJS=0.75 MJS=0.5 FC=0.5 TF=1.56E-9 XTF=1.5 VTF=100 ITF=0.5 TR=5.3E-08 XTB=2)