Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Лабник по схемотехнике.doc
Скачиваний:
97
Добавлен:
31.03.2015
Размер:
1.39 Mб
Скачать

Задание

1. В одной из предложенных схем ОЭ, ОБ или ОК (по выбору преподавателя) исследовать режим работы каскада пo постоянному току. Для этого в отсутствие сигнала измерить потенциалы в характерных точках схемы и оценить ток IК0 (IЭ0).

2. По результатам измерений п. 1 оценить малосигнальные параметры каскада и его амплитудные возможности, а также характерный вид амплитудных искажений сигнала.

3. Измерить малосигнальные параметры каскада rВХ, КU, rВЫХ на частоте сигнала в пределах 1000 – 5000 Гц. Сравнить с результатами вычисления в п. 2.

4. Исследовать амплитудную характеристику каскада, фиксируя характерные искажения сигнала. Сравнить с результатами вычислений в п. 2.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Гусев В. Г., Гусев М. Ю. Электроника. – М.: Высш. шк., 1982. С. 162–180.

2. Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая электроника: Учебник для вузов. – М.: Телеком, 1999.

Лабораторная работа № 2 амплитудно-частотная характеристика и искажения прямоугольного импульса одиночным усилительным каскадом

Цель работы – изучение частотной зависимости коэффициента передачи по напряжению усилительного каскада с емкостной связью при различном включении транзистора, оценка искажения каскадом прямоугольного импульса, сравнение с теоретическими расчетами.

Амплитудно-частотная характеристика каскада

Анализ частотной зависимости КU (w) проведем для схемы ОЭ (рис. 1.1, б, лаб. работа № 1). Для каскадов ОБ и ОК подход к анализу аналогичен. Общий вид частотной характеристики показан на рис. 2.1, а. Для упрощения анализа будем отдельно рассматривать область средних частот (область //), область низких частот (область /) и область высоких частот (область ///).

В области средних частот анализ схемы аналогичен рассмотрению, проведенному в лабораторной работе № 1. При этом принимается, что сопротивление разделительных емкостей C1, С2 и емкости С3 равно нулю, сопротивление емкости нагрузки равно бесконечности, коэффициент передачи тока транзистора не зависит от частоты. При этих условиях получаем, что коэффициент передачи напряжения составляет

KU = uВЫХ / uВХ = – bRН' / h11Э = – a RН' / h11Б (2.1)

и не зависит от частоты. Соответственно, если обозначить rВХ Э = RБ || h11Э, то с учетом сопротивления источника сигнала RГ получим

KU' = uВЫХ / eГ = – (rВХ Э /( rВХ Э + RГ)) (bRН' / h11Э). (2.2)

KU' также не зависит от частоты.

В области низких частот поведение KU(w) определяется емкостями C1, С2 и С3, емкостное сопротивление которых с уменьшением частоты растет. Эквивалентная схема каскада ОЭ в области низких частот показана на рис. 2.1, б. Проведем приближенный анализ частотной характеристики. С этой целью влияние емкостей на частотную характеристику учтем сначала раздельно. Определяя влияние одной из них, две другие будем считать бесконечно большими. Для определения влияния C1 при С2 = С3 = ¥ воспользуемся соотношением (2.2), которое запишем с учетом сопротивления Хс1 = 1/jwC:

KU(w) = KU rВХ Э /(RГ + rВХ Э + 1/jwC1) =

= (rВХ Э /(RГ+ rВХ Э )) (KU /(1+wН1/jw)) = KU'/(1+wН1/jw), (2.3)

Рис.2.1. Общий вид амплитудно-частотной характеристики усилителя (а); эквивалентные схемы замещения каскада с общим эмиттером: для низких частот (б), для высоких частот (в), преобразованная эквивалентная схема для высоких частот (г)

где wН1 = 1/tН1 = 1/С1(RГ+ rВХ Э ) – низшая граничная частота, определяемая постоянной времени перезарядки конденсатора C1 в рассматриваемой схеме. Из (2.3) следует, что при w = wН1 коэффициент KU(w) = KU'/.

Аналогичное выражение можно получить, учитывая емкость С2 при C1 = C3 = ¥.

KU(w) = KU' / (1+wН2 / jw), (2.4)

где wН2 =1/tН2  1/C2(RК+RН) также является низшей граничной частотой, связанной с постоянной времени конденсатора С2.

Определяя влияние С3 при C1 = C2 = ¥, имеем

KU(w) = KU'/(1+wН3 / jw)

и wН3 =1/tН3 = 1/(C3((h 11Э+RБ || RГ)/(b+1)) ||RЭ ).

Совместный учет всех трех емкостей при некоторых допущениях (но достаточно сложных выкладках) приводит к приближенному соотношению

KU(w) = KU'/((1+wН1 / jw)(1+wН2 / jw)(1+wН3 / jw)). (2.5)

Производя перемножение в знаменателе и отбрасывая малые члены, получим

KU(w) @ KU' / (1+wН / jw), (2.6)

где wН = wН1+ wН2+ wН3 – низшая граничная частота усиления, на которой коэффициент передачи напряжения уменьшен в раз по сравнению со своим максимальным значением.

Как видим, процедура вычисления wН сводится к определению постоянных времени конденсаторов С1, С2 и С3. Аналогичный подход относится не только к каскаду ОЭ, но также и к каскадам ОБ и ОК.

В области высоких частот поведение KU(w) определяется собственной инерционностью транзистора (напомним, что ta = СЭБrЭ , что связано с диффузионными процессами в базе, wa=1/ta, wb=1/tb). Кроме того, имеется влияние емкости транзистора СКБ. Емкость СЭБ часто не учитывают, поскольку она шунтирована малым сопротивлением rЭ. Необходимо учитывать шунтирующее действие емкости нагрузки CН. Эквивалентная схема каскада ОЭ для области высоких частот приведена на рис. 2.1, в.

Обозначим RГ' = RГ || RБ. Из анализа данной схемы по аналогии с (2.2) можно вычислить коэффициент передачи каскада по напряжению

KU ОЭ(w) = uВЫХ / eГ = – b(w) ZН'(w) / (RГ' + h 11Э(w)) , (2.7)

где ZН' = R Н' || (1 / jwCН),

b(w) = b0 / (1 +jwtb ),

h 11Э(w) = rБ + rЭ (1 + b(w)),

После преобразований (2.7) можно свести к приближенному соотношению

KU(w) = KU' / (1 + jwtВ). (2.8)

Считается wВ=1/tВ верхней граничной частотой, на которой KU(wв)=KU'/2.

Для каскада ОЭ

tВ= tН' + tОЭ (1 – gЭ), (2.9)

tН' = RН'CН,

tОЭ = tb + (b0+1)СКБ RН'

gЭ = b0 rЭ / (RГ' + h 11Э).

Оценочный расчет коэффициента передачи по напряжению в области верхних частот для каскадов ОБ и ОК можно осуществить по формуле, аналогичной (2.8).

Для каскада ОБ

tВ = tН' + (ta + СКБ RН') (1 + gБ), (2.10)

где gБ = rБ / (RГ' + h 11Б).

Для каскада ОК

tВ @ CН (RН' || (h 11Б + RГ' (1– a0))) + ta + CКБ RГ'. (2.11).

Необходимо обратить внимание, что при RГ' = 0 верхние граничные частоты каскадов ОЭ и ОБ, практически, равны между собой. Увеличение сопротивления RГ' в цепи базы каскада ОЭ ведут к уменьшению его верхней граничной частоты. Увеличение сопротивления RГ' в каскаде ОБ способствует увеличению его верхней граничной частоты.

Каскад ОК обладает наиболее высокой верхней граничной частотой.