Эл и схем / ЭиСХ.ч1.Метод.разраб. по ЛР1

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 рБ или С = 5000 рБ);

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

- по данным таблицы 4 определить величину сквозного коэффициента усиления Кеср, верхнюю граничную частоту йгр, время установления 1у, площадь усиления П и импульсную добротность Д. Определить частоту йкорр, где усиление каскада максимально.

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

72

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

- по данным таблицы 5 определить величину сквозного коэффициента усиления Кеср, нижнюю граничную частоту Гнгр, определить частоту Гкорр, 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 Гимп = 250 - 500 кГц.

При исследовании искажений плоской вершины импульсов частота должна равняться Гимп = 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).

74

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 Як.

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

3.Как и почему изменяется площадь усиления П, коэффициент усиления Кеср, граничная частота йгр 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 Кеср,

75

граничная частота йгр при отключении корректирующей емкости С = 2500 рБ или С = 5000 рБ ( на рис. 5 - подключаемые параллельно резистору Яэ)?

8. Как изменяются импульсная добротность Д, время установления 1у при отключении конденсатора малой емкости С = 2500 рБ или С = 5000 рБ ( на рис. 5 - подключаемые параллельно резистору Яэ)?

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, Яф.

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

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

цепочкой Сф, Яф 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 Як существенно зависит качество каскада. Критерием качества широкополосного каскада является понятие площади усиления П = Кеср*йгр.

76

Критерием качества импульсного каскада является понятие импульсной

транзистора, режим его работы и сопротивление нагрузки, исходя из

установления (у. Площадь усиления П и импульсная добротность Д транзисторных каскадов достигает оптимального значения Я-Г-Т*и Дтт* при

вполне определённых оптимальных сопротивлениях Я к , оптимальных

необходимая величина /г р (или ^у) обычно не обеспечивается. Увеличение

fгР (уменьшение ) до необходимой величины обеспечивается за счёт

применения обратных связей или элементов коррекции.

Применение обратных связей для улучшения АЧХ на верхних частотах

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

/г р (или t y ) 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. Скорректированный резисторный каскад (рис. 1).

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

77

где ЯН, СН - ёмкость и сопротивление нагрузки; Еок,? иок - напряжение источника питания и напряжение на коллекторе в точке покоя;

(при 20С для германиевых транзисторов).

Среднее время пролёта носителей через область базы:

При заданных Еок и UOK оптимальный ток покоя определяется по формуле

*1

78

Величина сопротивления эмитерного перехода гэ равна

/^ гр = 1 2пт„

где постоянная времени в области верхних частот:

где к = (2-3) - поправочный коэффициент

При известных Кеср и &р вычисление П, Д и 1у 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 Яэ, не шунтированного конденсатором. Это расширяет полосу частот каскада,

где Б- глубина ОС в области средних частот

^ = 1 + Яэ(1 + к21э )

Ябг + Явх

О - проигрыш в площади усиления, обусловленный введением ОС по току

79

0 = 1+к*(Е-1);

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

Площадь усиления каскада с ОС

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

—есрос = К—еср ,

то выражения для Пос, Дос, 1уос 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 /грос растёт

медленнее чем падает К е с р , площадь усиления Пос уменьшается по сравнению с П некорректированного каскада.

80

9.4. Каскад с эмиттерной коррекцией (рис. 5).

Если в каскаде с ОС по току резистор Яэ шунтировать конденсатором малой ёмкости Сэ , то получим каскад с эмиттерной коррекцией. При усилении гармонических сигналов принцип её работы можно объяснить следующим образом.

Для частот & и 1ср конденсатор малой ёмкости Сэ имеет большое сопротивление и практически не оказывает влияния на работу каскада в этих областях частот. Следовательно, на этих частотах действует лишь Яэ, уменьшая коэффициент усиления в Б раз. При повышении частоты сопротивление конденсатора Сэ (по абсолютному значению) уменьшается и становится соизмеримым с Яэ. Поэтому при повышении частоты глубина ОС постепенно уменьшается, вызывая увеличение коэффициент усиления. На практике элементы ОС стараются подобрать таким образом, чтобы рост коэффициент усиления не превышал уменьшения коэффициент усиления, вызванного реактивностями транзистора и нагрузки. В этом случае получают оптимальную АЧХ. Увеличив Сэ, можно получить АЧХ с подъёмом в области верхних частот. Этот подъём иногда используют для компенсации спада АЧХ в других каскадах.

При усилении импульсных сигналов принцип работы схемы эмиттерной коррекции можно объяснить следующим образом. Так как конденсатор Сэ мгновенно зарядиться не может, то в момент воздействия переднего фронта П-образного импульсного сигнала напряжение ОС на элементах коррекции Сэ и Яэ отсутствует, всё входное напряжение прикладывается к участку

база-эмиттер, что усиливает ток базы и ток коллектора. При этом конденсаторы Сн , Ск и т. д. таким большим током заряжаются быстрее, т.е время установления каскада уменьшается.

По мере заряда конденсатора Сэ напряжение ОС на нём увеличивается, что приводит к уменьшению напряжения база-эмиттер и уменьшению тока коллектора. При полностью заряженном конденсаторе Сэ ток коллектора

средних и больших времён коэффициент усиления в Б раз меньше, чем в момент воздействия переднего фронта импульса. При достаточно больших Сэ на переднем фронте импульса появляется выброс, величина которого растёт при увеличении Сэ.

В каскаде с эмиттерной коррекцией при оптимальной АЧХ площадь усиления Пкорр больше, чем в некорректированном резисторном каскаде П в Q раз, т.е

81