Эл и схем / ЭиСХ.ч.1.Метод.разраб. по ЛР

- при Rк = Rкопт, определенном в задании 1, снять АЧХ каскада при введенной частотно-независимой последовательной отрицательной обратной связи по току ( переключатели «А» и «В» на схеме рис. 5 разомкнуты; конденсаторы С = 2500 pF, и С = 5000 pF отключены).

-напряжение генератора поддерживать постоянным и равным Ег = 10 мВ;

-занести результаты измерений АЧХ в таблицу 2;

-по данным таблицы 2 определить величину сквозного коэффициента усиления Кеср, нижнюю граничную частоту fнгр, верхнюю граничную частоту fвгр, время установления tу, площадь усиления П и импульсную добротность Д.

Примечание: шкала частот – логарифмическая (см. приложение).

- сравнить полученные результаты с данными табл. 1. Результаты сравнения поместить в табл. 3:

табл. 3

71

Задание 3. Исследование широкополосного импульсного каскада с высокочастотной эмиттерной коррекцией.

Исследовать влияние высокочастотной эмиттерной коррекции на частотную характеристику в области верхних частот и переходную характеристику в области малых времен:

- по схеме рис. 5, снять АЧХ каскада при введении частотно-зависимой коррекции (переключателями «А» и «В» на схеме рис. 5 поочередно подключаются конденсаторы С = 2500 pF или С = 5000 pF);

-напряжение генератора поддерживать постоянным и равным Ег = 10 мВ; - занести результаты измерений АЧХ в таблицу 4;

Примечание: шкала частот – логарифмическая (см. приложение).

- по данным таблицы 4 определить величину сквозного коэффициента усиления Кеср, верхнюю граничную частоту fгр, время установления tу, площадь усиления П и импульсную добротность Д. Определить частоту fкорр, где усиление каскада максимально.

- сравнить полученные результаты с данными табл.1 и табл.2.

72

Задание 4. Исследование широкополосного импульсного каскада с низкочастотной коррекцией.

Исследовать влияние низкочастотной коррекции с помощью цепочки Сф, Rф в цепи коллектора на частотную характеристику в области нижних частот и переходную характеристику в области больших времен:

- установить схему резисторного каскада с элементами низкочастотной коррекции (рис. 6):

рис. 6

- по схеме рис. 6, снять АЧХ каскада при введении низкочастотной коррекции (переключателями «А», «В» и «С» на схеме рис. 6 поочередно подключаются конденсаторы или С = 5 мкF , или С = 12 мкF, или C = 50

мкF);

-напряжение генератора поддерживать постоянным и равным Ег = 10 мВ; -занести результаты измерений АЧХ в таблицу 5;

табл. 5.

73

Примечание: шкала частот – логарифмическая (см. приложение).

- по данным таблицы 5 определить величину сквозного коэффициента усиления Кеср, нижнюю граничную частоту fнгр, определить частоту fкорр, где усиление каскада максимально.

Задание 5. Выполнить исследование временных характеристик

рассматриваемых каскадов. Исследование проводится с помощью осциллографа, подключенного к выходу каскада. К входу каскада подключается генератор импульсов. Исследование проводится путем наблюдения и зарисовок осциллограмм выходного напряжения.

При исследовании искажений переднего фронта импульсов частота подводимых импульсов равна fимп = 250 – 500 кГц.

При исследовании искажений плоской вершины импульсов частота должна равняться fимп = 200 – 500 Гц.

Исследование провести для следующих случаев.

1.Резисторный некорректированный каскад;

2.Резисторный каскад с активной 00С по току (конденсаторы в цепи эмиттера отключены).

7. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

Отчет лабораторной работы должен содержать:

7.1.Титульный лист (с фамилиями исполнителей, номером группы) – см. приложение.

7.2.Цель работы.

7.3.В соответствии с порядком проведения работы должны быть

приведены:

- схемы; - краткая теория работы схемы (со ссылкой на [Л], откуда взяты

материалы):

-расчетные формулы; результаты расчетов;

-таблица экспериментальных данных;

-графики АЧХ.

-рисунки осциллограмм выходных импульсов

-результаты сравнения экспериментальных и расчетных данных:

-выводы по работе

8. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ К ЗАЧЕТУ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ

1.Начертите график зависимости площади усиления П некорректированного резисторного каскада от величины сопротивления Rк.

2.Начертите график зависимости импульсной добротности Д некорректированного резисторного каскада от величины сопротивления Rк.

3.Как и почему изменяется площадь усиления П, коэффициент усиления Kеср, граничная частота fгр при введении в резисторный каскад активной отрицательной обратной связи по току?

5.Объясните принцип действия эмиттернои коррекции при усилении гармонических сигналов.

6.Объясните принцип действия эмиттернои коррекции при усилении импульсных сигналов.

7.Как изменяются площади усиления П, коэффициент усиления Kеср,

75

граничная частота fгр при отключении корректирующей емкости С = 2500 pF или С = 5000 pF ( на рис. 5 – подключаемые параллельно резистору Rэ)?

8. Как изменяются импульсная добротность Д, время установления tу при отключении конденсатора малой емкости С = 2500 pF или С = 5000 pF ( на рис. 5 – подключаемые параллельно резистору Rэ)?

9. Как и почему изменится оптимальная АЧХ каскада с эмиттернои коррекцией, если увеличить емкость корректирующего конденсатора С0 в несколько раз?

10. Объясните причины появления частотных искажений в области нижних частот в обычном резисторном каскаде.

11.Объясните причины появления переходных искажений в области больших времен в некорректированном резисторном каскаде.

12.Объясните принцип действия н.ч. коррекции с помощью цепочки

Сф, Rф.

13.Объясните принцип действия коррекции спада плоской вершины импульса с помощью цепочки Сф, Rф.

14.Объясните, почему в резисторном каскаде с н.ч. коррекцией

цепочкой Сф, Rф АЧХ в области нижних частот может иметь подъем?

15. Объясните, почему в резисторном каскаде с н.ч. коррекцией вместо спада получается подъем плоской вершины импульса?

16.Какие, кроме рассмотренной, схемы в.ч. коррекции Вам известны? Принцип их действия.

17.Какие, кроме рассмотренной, схемы н.ч. коррекции Вам известны? Принцип их действия.

9.ПРИЛОЖЕНИЕ №1. Краткие теоретические сведения; исходные данные для расчетов

ШИРОКОПОЛОСНЫЕ И ИМПУЛЬСНЫЕ УСИЛИТЕЛИ

9.1. Основные понятия

Основным каскадом широкополосного и импульсного усиления является резисторный каскад, на базе которого, применяя те или иные схемы коррекции, проектируют широкополосные и импульсные усилители. От правильного выбора режима работы транзистора и сопротивления в цепи коллектора Rк существенно зависит качество каскада. Критерием качества широкополосного каскада является понятие площади усиления П = Кеср*fгр.

76

Критерием качества импульсного каскада является понятие импульсной

= Kеср

добротности Д tу .

Для некорректированного резисторного каскада П и Д связаны между собой зависимостью П = 0,35*Д, вытекающей из известной зависимости

ty = 0,35 fгр . Понятия П и Д позволяют обоснованно выбрать тип

транзистора, режим его работы и сопротивление нагрузки, исходя из заданного усиления в области средних частот (в области средних времён)

Кеср , заданной верхней граничной частоты fгр , или заданного времени

установления ty . Площадь усиления П и импульсная добротность Д транзисторных каскадов достигает оптимального значения П* и Д* при

fгр (уменьшение ty ) до необходимой величины обеспечивается за счёт

применения обратных связей или элементов коррекции.

Применение обратных связей для улучшения АЧХ на верхних частотах применяется очень часто. При введении частотно-независимой (активной)

ОС заданную верхнюю граничную частоту fгр (или ty ) обычно удаётся

обеспечить, хотя при этом несколько снижается П (или Д).

Если же в такой каскад ввести элементы высокочастотной коррекции, т. е ввести в него зависящие от частоты цепи ОС, то необходимая величина

fгр (или ty ) обычно может быть обеспечена даже при некотором увеличении

П (или Д). В широкополосных и импульсных усилителях в качестве элементов в.ч. коррекции наиболее часто используются элементы последовательной по входу ООС по току.

9.2. Некорректированный резисторный каскад (рис. 1).

Оптимальную величину сопротивления в цепи коллектора, при которой П достигает максимального значения, можно вычислить по соотношению:

77

(при 20С для германиевых транзисторов).

Среднее время пролёта носителей через область базы:

τТ = 2π1fT =Сэпrэ

При заданных Еок и Uок оптимальный ток покоя определяется по формуле

78

Величина сопротивления эмитерного перехода rэ равна

fгр = 12πτв ,

где постоянная времени в области верхних частот:

где к = (2-3) - поправочный коэффициент

При известных Кеср и fгр вычисление П, Д и tу выполняется по соотношениям раздела 9.1 данного приложения.

9.3. Каскад с частотно-независимыми цепями ОС (рис. 5).

Введение частотно-независимой отрицательной ОС (ООС) по току достигается посредством включения в цепь эмиттера резистора Rэ, не шунтированного конденсатором. Это расширяет полосу частот каскада,

где F- глубина ОС в области средних частот

G – проигрыш в площади усиления, обусловленный введением ОС по току

79

G = 1+N*(F-1);

N - коэффициент, связывающий параметры транзистора с данными источника сигнала и нагрузки:

Площадь усиления каскада с ОС

Пос = Кесрос fгрос

Так как при введении ОС сквозной коэффициент усиления уменьшается в F раз, т.е.

Кесрос = КFеср ,

то выражения для Пос, Дос, tуос принимают вид:

С физической точки зрения снижение площади усиления или импульсной добротности объясняется тем, что ОС по току мало реагирует на уменьшение выходного. напряжения, вызванного влиянием емкости нагрузки Сн и частично влиянием емкости Ск. Такая ОС реагирует на уменьшение тока коллектора с повышением частоты, что обусловлено в основном влиянием

ёмкости эмиттерного перехода. Это приводит к тому, что fгрос растёт

медленнее чем падает Кеср , площадь усиления Пос уменьшается по сравнению с П некорректированного каскада.

80