лабы / лаба_1_7 / Лаб7

План УМД на 2021/22 уч.г.

Практикум № 1

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЗИСТОРНОГО КАСКАДА ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО УСИЛЕНИЯ НА БИПОЛЯРНОМ ТРАНЗИСТОРЕ

Составители: И.Б. Андреев, к.т.н., доцент А.В. Бажин, ассистент

Издание утверждено советом факультета РиТ. Протокол № 3 от 23.11.2020г.

Рецензент Р.Ю. Иванюшкин, к.т.н., доцент

ВВЕДЕНИЕ

Лабораторная работа № 1 относится к общему циклу лабораторных работ, выполняемых при изучении дисциплин «Схемотехника телекоммуникационных устройств» и «Схемотехника». Они входят в перечень дисциплин направлений «Инфокоммуникационные технологии и системы связи» (профили подготовки «Системы мобильной связи», «Цифровое телерадиовещание», «Системы радиосвязи и радиодоступа»), «Радиотехника» (профиль подготовки «Радиотехнические средства передачи, приема и обработки сигналов»), а также специальности «Информационная безопасность телекоммуникационных систем».

К очередной лабораторной работе допускаются студенты, продемонстрировавшие должную степень подготовки и успешно защитившие предшествующие лабораторные работы. Краткие теоретические сведения по данной работе приведены в ПРИЛОЖЕНИИ 2, более подробные – в литературе [1] и [2].

3

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Целью работы является исследование характеристик резисторного каскада предварительного усиления по схеме с общим эмиттером. При этом осуществляется ознакомление с методиками:

расчёта характеристик;

определения характеристик на физическом макете;

моделирования схемы в программе Micro-Cap.

2 ЗАДАНИЕ

2.1Расчетная часть

Рассчитать:

Rвх – входное сопротивление транзистора;

R'вх – входное сопротивление усилителя;

Свх – входная ёмкость усилителя;

Кн – коэффициент усиления по напряжению;

Ксквн – сквозной коэффициент усиления по напряжению;

fн и fв – граничные частоты АЧХ входной цепи;

fн и fв – граничные частоты АЧХ выходной цепи.

Определить, какие из этих частот будут граничными для сквозной АЧХ.

2.2 Экспериментальная часть

Определить:

коэффициент усиления по напряжению Кн;

сквозной коэффициент усиления по напряжению Ксквн;

входное сопротивление схемы R'вх;

входное сопротивление транзистора Rвх;

выходное сопротивление схемы R'вых;

выходное сопротивление транзистора Rвых.

параметры переходной характеристики: tуст и величину спада плоской вершины .

Снять:

сквозную АЧХ;

АЧХ входной цепи;

АЧХ выходной цепи.

4

2.3Моделирование

2.3.1Ввести и отредактировать схему исследуемого каскада с учетом заданного преподавателем варианта.

2.3.2Определить и записать параметры режима каскада (токи в ветвях и напряжения в узлах схемы).

2.3.3В режиме анализа частотных характеристик:

получить и зарисовать амплитудно-частотные характеристики коэффициентов усиления Kн(f) и Kсквн(f);

по полученным графикам определить величины Кн и Ксквн и граничные частоты fн и fв для каждой АЧХ. Граничные частоты определять по уровню

0.707 (-3 дБ);

исследовать влияние величины емкости С3 на АЧХ каскада;

исследовать влияние величины емкости С5 на АЧХ каскада;

исследовать влияние величины емкости С6 на АЧХ каскада (диапазон и шаг изменения емкостей С3 – С6 по заданию преподавателя);

исследовать влияние сопротивления R4 на АЧХ каскада;

исследовать влияние сопротивления R6 на АЧХ каскада (диапазон и шаг изменения сопротивлений R4, R6 по заданию преподавателя);

получить и зарисовать АЧХ и ФЧХ усилительного каскада;

оценить значения фазо-частотных искажений на верхней и нижней граничных частотах, а также на средней частоте;

определить Rвх и Rвых.

2.3.4В 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 0.5 нФ до 2.5 нФ с шагом

0.25 нФ;

-резистора R4 при изменении величины его сопротивления от 1 кОм до 5 кОм с шагом 500 Ом;

5

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 100 нФ до 2 мкФ с шагом

200 нФ;

-резистора R4 при изменении величины его сопротивления от 1 к0м до 8 к0м с шагом 1 кОм.

3 ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

Значения рассчитанных величин занести в табл. 1.

Результаты проведения эксперимента:

1)занести в протокол;

2)произвести расчёты для нахождения искомых величин;

3)заполнить таблицы, построить графики;

4)занести необходимые данные в табл. 1.

Результаты моделирования сохранять в виде рисунков:

1)отредактированной схемы с указанием узлов;

2)схемы с указанием напряжений в узлах;

3)схемы с указанием токов в ветвях;

4)АЧХ Kн(f) и Kсквн(f) отобразить на одном рисунке. Отметить на нём Кн, Ксквн и граничные частоты для каждой АЧХ;

5)зависимости АЧХ от С3, С5, С6, R4, R6 представить на отдельных

рисунках;

6) определение Rвх и Rвых тоже на отдельных рисунках.

6

Необходимые данные занести в табл. 1.

Сравнить результаты расчёта, моделирования и эксперимента.

Объяснить их совпадение или не совпадение.

Таблица 1

4 СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

Отчет должен содержать:

1)цель работы;

2)принципиальную схему усилителя;

3)данные предварительного расчёта, эксперимента и моделирования, сведенные в табл. 1;

4)рисунки и графики, соответствующие пунктам задания;

5)выводы по проделанной работе.

5 МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ РАБОТЫ

5.1 Расчетная часть

Методика расчёта изучаемого каскада подробно изложена в литературе [1] и [2]. Необходимые для расчёта данные приведены в табл. 2. Ниже приведены формулы, достаточные для выполнения необходимых в этой работе расчётов. При выполнении расчётов сначала следует написать саму формулу, затем подставить в неё численные значения с указанием размерностей величин и только потом написать полученный результат, также с указанием размерности.

7

Таблица 2 – Номиналы элементов и параметры транзисторов

Расчетные формулы получены на основе линейной малосигнальной модели транзистора (модель Джиаколетто) и применимы только для анализа работы транзистора в режиме малого сигнала. С целью дальнейшего облегчения расчетов формулы упрощены с учетом их применения в ограниченной области частот.

ОНЧ – область низких частот. По формулам для этой области рассчитываются входной и выходной цепи, а также величина спада переходной характеристики – .

ОСЧ – область средних частот. По формулам для этой области рассчитываются: Кн, Ксквн, Rвх, R'вх, Rвых, R'вых.

ОВЧ – область высоких частот. По формулам для этой области рассчитываются для входной и выходной цепей, а также время установления переходной характеристики – τу.

Формулы для ОСЧ:

( )

( )

.

( )

тока.

8

( )

– коэффициент передачи по напряжению входной цепи.

( )

( )

где r'бб – омическое сопротивление базы, rэб – сопротивление эмиттер - база,

rэ – сопротивление эмиттерного перехода, h22 – проводимость коллектор - эмиттер,

h21э – коэффициент передачи тока в схеме с общим эмиттером,

где q – заряд электрона,

k – постоянная Больцмана,

T – температура в градусах Цельсия.

Формулы для ОВЧ: Входная цепь:

( ),

.

Выходная цепь:

,

где fТ – предельная частота передачи тока транзистора, h21э(fТ) = 1.

9

Формулы для ОНЧ: Входная цепь:

( )

Выходная цепь:

( )

5.2 Экспериментальная часть

Экспериментальная часть выполняется на лабораторной установке, в состав которой входят: лабораторный стенд с девятью сменными макетами и панелью управления питанием, а также генератор Г3-112, два вольтметра В3-39 (или аналогичные), осциллограф С1-118 (или аналогичный). Осциллограф предназначен только для наблюдения за формой сигнала, а все измерения выполняются с помощью генератора и вольтметров.

Питание стенда включается с помощью тумблера «сеть», расположенного на панели управления, а галетный переключатель, расположенный рядом, подключает питание к выбранному лабораторному макету. Номер, выбранный переключателем, соответствует номеру макета, на который подано питание. Включение питания индицируется световыми индикаторами. Включение стенда – индикатором выключателя «сеть», а включение макета – индикатором, расположенным на его лицевой панели.

Внешний вид лицевой панели макета приведён на рис. 1. Как видно из рисунка, на лицевой панели изображена исследуемая схема, также на ней расположены гнёзда для подключения измерительных приборов и органы управления (ключи К1, К2, К3, К4 и переключатели П1, П2). К гнёздам «Ген» подключается источник сигнала (генератор Г3-112), к гнёздам «Вольт» - вольтметры. Вольтметр, подключенный к гнёздам справа, измеряет выходное напряжение Uвых, а вольтметр, подключенный к гнёздам слева, в зависимости от положения переключателя П1, либо напряжение, подаваемое с генератора Еи, либо напряжение на входе схемы Uвх.

10