Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электроника и схемотехника. Методические указания к лабораторным работам.pdf
Лабораторная работа 5.
Разработка усилителя на БТ с коррекцией АЧХ на нижних и верхних
частотах
1 Цель работы
Исследовать влияние элементов схемы усилителя на АЧХ. Рассчитать
элементы усилителя на БТ с АЧХ, приведенной на рисунке 1. Проверить результаты в электронной лаборатории.
Рис. 1. АЧХ усилителя
2 Подготовка к работе
2.1 Изучить следующие вопросы курса:
Принципиальные схемы и способы коррекции АЧХ усилителя на биполя-
ром транзисторе на НЧ и ВЧ.
2.2 Ответить на следующие контрольные вопросы :
– какие элементы схемы влияют на коэффициент усиления на средней
частоте?
– какие элементы схемы влияют на коэффициент усиления на нижних
частотах?
– какие элементы схемы влияют на коэффициент усиления на верхних
частотах?
3 Литература
3.1 Игнатов А.Н. и др. Классическая электроника и наноэлектроника. –
М.: Флинта: Наука, 2009. – С. 151-164.
.2 Конспект лекций.
3
хема исследования
4 С
Принципиальная схема усилителя представлена на рисунке 2. На нижних частотах f
коллектора R
K
нагрузкой усилителя является сумма сопротивлений в цепи
Н
= R2+R3. На средних частотах fС нагрузкой является только рези-
31
стор R3, т.к. резистор R2 зашунтирован емкостью С
Вар
№
БТ
UП,
В
IК0,
мА
К
М
,
дБ
М
,
дБ
fН1,
Гц
fН,
Гц
fН2,
Гц
fВ1,
МГц
fВ,
МГц
fВ2,
МГц
определяет коэффициент усиления на частоте fН1.
Резисторы обратной связи R
средних частотах f
, так как величина емкости С
С
и R5 определяют коэффициент усиления на
4
только на высоких частотах. На верхних частотах f
емкостью С
и коэффициент усиления определяется резистором R5. Емкость С
4
определяет коэффициент усиления на частоте fВ2.
. Разделительная емкость С
2
мала и оказывает влияние
4
резистор R4 зашунтирован
В
1
3
Рис. 2. Принципиальная схема усилителя
5 Расчет элементов усилителя
5.1 Тип транзистора выбирается по указанию преподавателя из прило-
жения А.
Табл. 1. Исходные данные
U
Н
В
Для расчета элементов усилителя необходимо определить параметры
транзистора I
Б0
, h
21Э
и h
при заданном токе коллектора IК0. Для этого
11Э
необходимо воспользоваться схемой для определения h-параметров (например,
лаб. раб. «Исследование усилителя на БТ»).
32
5.2 Переведем коэффициенты частотных искажений из дБ в коэффициент
Вар
№
IК0,
мА
IБ0,
мкА
h
h
,
Ом
М
,
раз
М
,
раз
М
,
раз
М
,
раз
М
,
раз
М
,
раз
RК,
кОм
R1,
кОм
R2,
кОм
R3,
кОм
RЭ,
Ом
R4,
кОм
R5,
кОм
С
,
С
,
С
,
С
,
усиления на заданных частотах в разах. Результаты расчета занести в таблицу 2.
(
)=
10
0,05
()
(
)=
10
0,05
()
2
(
)=
10
0,025
()
1
(
)=
10
0,025
Табл. 2. Результаты расчета
()
21Э
11Э
Н1
Н
Н2
1
мкФ
В1
2
нФ
В
3
нФ
В2
4
нФ
5.3 Для указанного БТ по заданному току коллектора I
питания усилителя U
определить сопротивление в цепи коллектора RК=R2+R3
П
и рассчитать сопротивление в цепи базы R
равно половине напряжения питания U
2
0
напряжениеU
=
можно принять равным 0,7 В.
БЭ0
К=UП
(1)
/2.
. Напряжение на коллекторе UК
1
=
1
и напряжению
К0
0
(2)
0
5.4 Определить коэффициент усиления усилителя без сопротивления
обратной связи в цепи эмиттера
0
=
21
11
. (3)
Необходимо убедиться, что K
U0>KUН
необходимо взять транзистор с большим коэффициентом передачи по току h
и KU0>K
. Если это не выполняется,
UВ
21Э
5.5 Так как шунтирующим действием емкостей на частоте fН можно
пренебречь, то коэффициент усиления на этой частоте определяется формулой
+
21
(
21
+ 1
, (4)
)
гдеR
=R2+R3, RЭ=R4+R5
К
=
11
.
33
Отсюда определяем сопротивление в цепи эмиттера для получения
заданного коэффициента усиления на частоте f
21
(
21
+ 1
=
Н
)
11
. (5)
(
21
+ 1
)
5.6 Коэффициент усиления на средней частоте
зашунтирован емкостью С2, определяется формулой
21
21
+ 1
2
5.7 Для определения величины резисторов R
уравнений
=
11
+
(
=
= 2+
Решая систему уравнений, получаем
(
2
Выбрать стандартное значение номиналов резисторов из ряда Е24.
5.8 На частоте f
Н2
=
модуль сопротивления нагрузки равен
)
,
(8)
fС, когда резистор R
3
. (6)
)(
4+
и R3 надо решить систему
+
2
3
3
3
)
5
(7)
3=
. (9)
2
2
1
|
|
=
И корректирующая емкость на нижних частотах равна
5.9 Разделительная емкость определяется как
где R
ВХ Н
+
3
входное сопротивление усилителя на нижних частотах. Оно равно
=
11
2
1
2
+
+
(
(
1
21
22
=
2
+ 1
1
)(
=
2
)
2
=
2
1
4+
+
3
2
(|
2
22
)
=
5
2
1
2
1 +
(|
1
11
Коррекция АЧХ на ВЧ
5.10 Определяем величины R
шунтирован емкостью С
и коэффициент усиления равен
4
и R5. На верхней частоте fВ резисторR4 за-
4
(
|
2
|
(
+
2
2
22
2
)
3
)
2
. (11)
)
3
21
+ 1
)
. (10)
(12)
34
Решая систему уравнений
( )
1/)(
2111
1
321
+−=
ЭЭ
UB
Э
Э
hh
K
Rh
Z
=
11
+
21
(
21
3
+ 1
(13)
)
5
получаем
Отсюда
на частоте f
R5 и R4 соответственно равны
[
5
5.11 Для определения емкости С4 запишем модуль коэффициент передачи
В1
=
1
|
=
11
+
(
|
Из (18) необходимо найти |ZЭ|
21
21
+ 1
11
)(|
3
=
В
+
(
+
11
(
11
= 4+
11Э
=
11Э
(
21
21
+ 1
+ 1
R4= RЭ – R
4
|
+
)
5
+
21
+
+
)
=
(
)
(
(
+ 1
21
21Э
21Э
]
11
)
5
5
(14)
Э
)(
4+
+ 1
5
+ 1
)
)
(15)
)
+ 1
5
5
11
(16)
(
21
+ 1
)
(17)
21
3
(18)
+
(
21
+ 1
)|
|
Так как комплексное сопротивление в цепи эмиттера равно
1
|
|
=
+
5
2
1
4
+
(
=
2
)
4
Преобразуем
35
(19)
(
4
44
(20)
2
)
+
5
1 +
2
К
U Н1
К
U Н
К
U Н2
К
U
К
U В1
К
U В
К
U В2
Задано в разах
Получено
UП,
IК0,
1 (21)
5
(
44
|
4
2
)
=
|
муле
лителя (рисунок 2) с элементами, полученными в результате расчета. Снять
АЧХ, зафиксировать коэффициенты усиления на заданных частотах, занести
результаты в таблицу 3.
И величина емкости С
5.12 Корректирующую емкость С
равна
4
4
5
4
2
2
1
1
(22)
(23)
3
=
4
можно определить по следующей фор-
3
|
|
=
3
22
6 Экспериментальное исследование усилителя
Используя электронную лабораторию Multisim 14.0, собрать схему уси-
Табл. 3. Вариант… Сравнительные результаты расчета и эксперимента
Допускается погрешность ±10%.
7 Содержание отчета
Отчет должен содержать:
7.1 Цель работы и исходные данные.
7.2 Схему исследования.
7.3 Таблицы с результатами расчета и моделирования.
7.4 АЧХ, полученную в результате моделирования.
7.5 Выводы.
Приложение А
Табл. ПА. Варианты задания
№
вар
1 КТ315А 15 5 30 3 10 75 425 3 0,1 0,75 7
БТ
В
мА
К
U
М
дБ
,
f
,
Н
Н1
Гц
f Н,
Гц
f
Н2
Гц
,
М
,
f
,
В
дБ
В1
МГц
f В,
МГц
f
,
В2
МГц
36
2 KT316D 10 5 30 2,9 10 100 850 4 0,11 0,9 9
3 KT315B 15 5 40 3,4 10 75 550 1,8 0,165 0,9 5
4 KT315B 12 4 40 3,3 10 80 570 1,8 0,165 0,9 5
5 KT316D 12 6 20 2,9 10 100 850 4,1 0,11 0,85 8
6 KT315B 12 4 35 3 8 75 530 3,2 0,1 0,75 7,5
7 KT315B 12 4 30 3,3 9 75 550 5 0,07 0,7 7
8 KT316D 15 3 40 4 8 65 450 2,5 0,09 0,8 6
9 KT315B 12 4 20 3,4 6 60 400 3 0,06 0,4 3,5
10 KT315G 12 4 25 3,2 12 75 400 4 0,065 0,5 4,5
11 KT315G 12 4 30 3,1 15 90 375 5 0,017 0,5 4,5
12 KT316D 15 3 60 1,75 16 100 725 3 0,06 0,5 4
13 KT315G 12 4 35 3,3 7 55 450 4 0,085 0,6 4
14 KT315G 12 4 40 3,2 8 50 270 2,8 0,13 0,9 6,5
15 KT315Z 15 5 40 3,2 7,5 65 530 3,7 0,1 0,85 8
16 KT315G 12 5 40 1,4 14 80 650 3,7 0,1 0,9 8
17 KT315Z 12 6 20 4,2 5 50 350 4 0,09 0,85 10
18 KT315A 15 5 25 2.3 10 75 450 4,7 0,06 0,75 9
19 KT315Z 12 6 30 4 8 55 350 3,6 0,14 1 9
20 KT315Z 12 5 50 3,2 10 70 520 3 0,18 1,2 8,5
21 KT315G 12 4 20 3,3 10 70 400 3 0,06 0,45 4
22 KT315Z 15 5 60 3,2 10 65 400 2,8 0,18 1 6,5
23 KT315A 15 5 35 2,8 15 90 500 4,7 0,17 0,85 4,6
24 KT315B 12 4 25 3,2 7,5 70 400 4 0,07 0,6 6
25 KT315Z 12 5 40 3,2 9 75 500 3,5 0,13 0,9 6,5
37
Лабораторная работа 6.
Разработка усилителя на ОУ с коррекцией АЧХ на нижних и верхних
частотах
1 Цель работы
Исследовать влияние элементов схемы усилителя на основе ОУ на АЧХ.
Рассчитать элементы с АЧХ, приведенной на рисунке 1. Проверить результаты
в электронной лаборатории.
ис. 1. АЧХ усилителя
Р
2 Подготовка к работе
2.1 Изучить следующие вопросы курса:
– принципиальные схемы и способы коррекции АЧХ на НЧ и ВЧ усили-
теля на основе ОУ.
2.2 Ответить на следующие контрольные вопросы:
– какие элементы схемы влияют на коэффициент усиления на средней
частоте?
– какие элементы схемы влияют на коэффициент усиления на нижних
частотах?
– какие элементы схемы влияют на коэффициент усиления на верхних
частотах?
3 Литература
3.1 Игнатов А.Н. и др. Классическая электроника и наноэлектроника. –
М.: Флинта: Наука, 2009. – С.190-196.
3.2 Конспект лекций
4 Схема исследования
Принципиальная схема усилителя представлена на рисунке 2.
На нижних частотах f
шунтирующим действием емкостей можно пре-
Н
небречь и модуль коэффициента передачи определяется как
38
Вар
№
R3,
кОм
К
М
,
дБ
М
,
дБ
fН,
Гц
fН1,
Гц
fН2,
Гц
fВ,
МГц
fВ1,
МГц
fВ2,
МГц
+
|
|
3
=
1+
4
(1)
2
Рис. 2. Принципиальная схема усилителя
На средних частотах f
R
, т.к. резистор R4 зашунтирован емкостью С
3
коэффициент усиления определяется резистором
С
. Величина емкостей С2 и С3 мала
4
и на этих частотах их шунтирующее действие практически отсутствует.
3
1+
3
=
1
(2)
2
(3)
Разделительная емкость С
1
На верхних частотах f
шунтирован емкостью С
резисторами R
Емкость С
и R3.
1
определяет коэффициент усиления на частоте fВ2.
3
, следовательно, коэффициент усиления определяется
4
|
|
=
определяет коэффициент усиления на частоте fН1.
резисторы R2 зашунтирован емкостью С2, а R4 за-
В
|
|
5 Расчет элементов схемы
5.1 Параметры схемы выбирается по указанию преподавателя из прило-
жения А.
Табл. 1. Исходные данные.
U
Н
В
Переведем коэффициенты частотных искажений из дБ в коэффициент
усиления на заданных частотах в разах. Результаты расчета занести в таблицу 2.
()
0,05(
)
()
()
2
1
(
)=
(
)=
(
)=
(
)=
10
10
10
0,05
10
0,025
0,025
39
Табл. 2. Результаты расчета
К
(раз)
К
(раз)
К
(раз)
К
(раз)
К
(раз)
К
(раз)
К
(раз)
R1,
кОм
R2,
кОм
R3,
кОм
R4,
кОм
С
,
С
,
С
,
С
,
U
UН1
UН
UН2
UВ1
1
мкФ
UВ
2
нФ
UВ2
3
нФ
4
нФ
5.2 Так как для большинства ОУ сопротивление нагрузки должно быть
больше 2-х кОм, то сопротивление R
, определяющее усиление на средних час-
3
тотах, берется в 3÷5 раз больше. Оно задано в приложении А. Из (1) и (2) вычисляем величину резистора R
5.3 Из (3) находим R
1
4
4
1
=
3
(5)
=
(4)
3
5.4 Из (1) и (3) получаем
5.5 На частоте f
2
модуль коэффициента усиления определяется по фор-
Н1
=
(6)
1
муле
+
|
1
|
=
1
3
2
+
1
4
(
1+
(7)
2
)
2
Из этой формулы получаем, что разделительная емкость равна
1
=
1
1
Или учитывая, что
то из (1), (7) и (9) получаем
3+
1
2
4
(1+
. (8)
2
)
2
=
(9)
40