Лабораторная работа №1 прим
Исследование резисторного каскада предварительного усиления.
Цель работы: Исследовать характеристики резисторного каскада предварительного усиления; освоить методы схемотехнического моделирования на основе программы Micro Cap 11
Принципиальная схема усилителя:
Напряжение источника питания V2 должно быть равным 9В.
Задание на экспериментальную часть
3.1. Загрузить схему исследуемого каскада, созданную в процессе выполнения предыдущей работы.
Модели транзисторов в соответствии выбрать с номером подгруппы, выполняющей работу. Параметры моделей транзисторов приведены в Приложении 1.
1 подгруппа – транзистор KT316D
2 подгруппа – транзистор KT342B
3 подгруппа – транзистор KT368A
4 подгруппа – транзистор KT3102G
5 подгруппа – транзистор KТ3142А
6 подгруппа – транзистор KT630B
7 подгруппа – транзистор 2T653A
Установить частоту входного сигнала 1000 Гц. Амплитуду входного сигнала установить равной 10 мВ.
3.2.Определить и записать параметры режима каскада (токи в ветвях и напряжения в узлах схемы).
3.3. В режиме наблюдения формы сигнала зафиксировать форму входного и выходного сигнала и спектр выходного сигнала.
3.4. Снять амплитудную характеристику усилителя, изменяя выходное напряжение генератора сигнала до амплитуды, при которой в спектре выходного сигнала усилителя появляется вторая гармоника, имеющая амплитуду около 10% от амплитуды первой гармоники.
3.5. Построить график АХ усилителя.
3.6. Определить динамический диапазон усилителя, обеспечивающий коэффициент нелинейных искажений не выше 3% (для простоты считать коэффициент только по второй гармонике, высшими гармониками пренебречь).
3.7. Установить выходное напряжение генератора соответствующим точке АХ с нелинейными искажениями 3%.
3.8. Исследовать влияние выбора точки режима (резисторы R2 и R3) на нелинейные искажения выходного сигнала. Резисторы менять независимо, с шагом в 10% в каждом направлении. Для построения графиков снять по 7-9 точек для зависимости от каждого резистора.
3.9. Отключить (убрать на схеме) шунтирующий конденсатор С3. Повторить пункты 3.3 — 3.8 для усилителя с глубокой ООС.
3.10. Сравнить полученные результаты и сделать выводы.
3.11. Снять АЧХ для усилителя с глубокой ООС и включенным шунтирующим конденсатором.
3.12. Сравнить полученные результаты и обосновать их.
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.
Амплитудная характеристика представляет собой график зависимости ВЫХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ усилителя от его ВХОДНОГО напряжения. Для того, чтобы ее получить, необходимо вручную, точка за точкой, изменять выходное напряжение генератора (параметр А в его модели), затем измерять амплитуду входного и выходного напряжения (точки v(5) и v(7) в приведенной выше схеме) и откладывать полученную точку на графике АХ. Для того, чтобы измерить величину нелинейных искажений необходимо (для простоты, в данной работе) поделить амплитуду второй гармоники сигнала на амплитуду его первой гармоники (зеленый график). Величина 10-15% является предельной для построения АХ, т. к. при большей величине искажений производить определение коэффициента усиления усилителя по амплитудам сигналов несинусоидальной формы некорректно.
Помните, что амплитуда сигнала синусоидальной (или близкой к ней) формы — это полуразность максимального и минимального значения сигналов в пределах одного периода.
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 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 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)