ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4.

Получение постоянного коэффициента усиления и выходного перепада напряжения

Цель работы : исследование усилительной схемы со стабильными усилительными и температурными характеристиками, использующей температурнонезависимый источник опорного напряжения.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ.

1. Изучить схему усилителя, использующую схему опорного напряжения Brokaw, исследованную в лабораторной работе №3.

2. Выполнить домашнее задание.

3. Выполнить исследовательскую часть работы.

4. Оформить отчет и сдать работу.

1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ.

Теоретические сведения об источниках опорного напряжения Brokaw представлены в работе №3. Схема дифференциального каскада будет обсуждаться в следующей работе.

ЛАБОРАТОРНОЕ ЗАДАНИЕ

1. Домашнее задание.

   1. Провести расчет номиналов сопротивлений в схеме

   2. При выполнении моделирования можно считать, что все однотипные биполярные транзисторы идентичны.

2. Лабораторное задание

Подготовка к работе:

Использовать результаты моделирования схемы формирования опорного напряжения Brokaw, полученные в предыдущей работе.

Работа в лаборатории:

2.2.1. Задание 1. Постоянное усиление, аналоговый режим.

1. Подготовить схему test_ bkw_bgp приведенную на рис.1, включая подсхемы источника опорного напряжения Brokaw (bkw_bgp), приведенную на рис.2, и схему дифференциального усилителя bkw_gaincell (рис.3).

2. Задать напряжение питания Vcc = 3.3 В.

3. Задать значение напряжения постоянного входного уровня V_cm= 0.1…0.15 В.

4. Задать значение амплитуды входного дифференциального сигнала V_in = 5-10 мВ.

5. Выбрать коэффициент масштабирования тока в дифференциальном каскаде, приведенном на рис.3 (bkw_gaincell, в обозначении компонентов помечен подстрочным индексом _gc), по отношению к току в опорном источнике, приведенном на рис.2 (bkw_bgp, в обозначении компонентов помечен подстрочным индексом _bkw), n = I_{R0_gc}/I_{R2_bkw} = 2I_gc/I_{I2_bkw}. Здесь I_{I2_bkw} – ток идеального источника I2.

6. Для схемы дифференциального каскада рассчитать величину резистора и длины эмиттеров транзисторов Q0, Q1 и Q2: , . Ширина эмиттера задается по-умолчанию.

7. Рассчитать величины нагрузочных резисторов в дифференциальном каскаде в соответствии с начальным коэффициентом усиления A_U =1 по формуле

,

где M=10 – отношение площадей эмиттеров транзисторов Q2 и Q1 в опорном источнике.

Выполнение работы:

1. Провести DC расчет в заданном диапазоне температур от T^- до T⁺. Температуры выбрать в соответствии с вариантом в работе №3. (Максимальный диапазон от –25 до 125 градусов Цельсия.)

2. Отобразить температурную зависимость коэффициента усиления

K_v=(V_{q_gs}-V_{nq_gs})/2V_in.

3. Рассчитать среднее значение коэффициента усиления K_aver=(K_{v_max}+K_{v_min})/2 и его разброс K=100(K_{v_max}-K_{v_min})/ K_aver(%).

4. Повторить пункты 1-3 увеличивая резисторы R_{1_gc} и R_{2_gc}.

5. Построить зависимость K от K_aver как показано на рис.4.

Рис.1

Рис.2 Рис.3

Рис.4

2.2.2. Задание 2. Постоянный перепад входного напряжения, цифровой режим.

1. Подготовить схему приведенную на рис.5, включая подсхемы, приведенные на рис.3 и рис.6.

2. Задать напряжение питания Vcc = 3.3В.

3. Задать значение напряжения постоянного входного уровня V_cm=0.11V.

4. Задать значение амплитуды входного сигнала V_in=0.11V.

5. Пересчитать величину резистора в опорном источнике, приведенном на рис.6 (bkw_bgp_stab, в обозначении компонентов помечен подстрочным индексом _bkw):

R_{2_bkw}=R_{1_bkw}/2.

6. Рассчитать величину резистора в опорном источнике (bkw_bgp_stab) R_{4_bkw} = 2V_be/ I_{I2_bkw}  1.4V/200mkA = 7K.

7. Выбрать коэффициент масштабирования тока в дифференциальном каскаде, приведенном на рис.2 (bkw_gaincell, в обозначении компонентов помечен подстрочным индексом _gc), по отношению к току в опорном источнике (bkw_bgp_stab),

n = I_R0gc/I_{R1_bkw} = 2I_gc/I_{I2_bkw}

Для схемы дифференциального каскада рассчитать величину резистора и длины эмиттеров транзисторов Q0, Q1 и Q2: , . Ширина эмиттера задается по умолчанию.

8. Рассчитать величины нагрузочных резисторов в дифференциальном каскаде в соответствии с выходным перепадом напряжения V_out=220mV по формуле

.

Выполнение работы:

1. Провести DC расчет в заданном температурном диапазоне от T^- до T⁺. Максимальный диапазон от –25 до 125 градусов Цельсия.

2. Отобразить температурную зависимость выходного перепада напряжения V_out (см. рис.7).

3. Изменяя величину резистора R_{4_bkw}, получить выпуклую кривую с одинаковыми значениями напряжения при крайних температурах (см. работу “Источник опорного напряжения Brokaw”).

4. Изменяя величину резисторов R_{1_gc} и R_{2_gc}, получить среднее значение перепада V_aver = 220mV.

5. Повторять пункты 3-4 до выполнения обоих условий.

6. Измерить и рассчитать

(V_out) = 100(( V_out)_max - (V_out)_min)/ V_aver(%).

7. Представить окончательные значения величин резисторов R_{4_bkw}, R_{1_gc} и R_{2_gc}.

Рис.5

Рис.6

Рис.7

2. Оформление отчета

Отчет в тетради должен содержать:

• название работы;

• аналитические расчеты схем;

• распечатки результатов моделирования;

• выводы по работе.

8