Резисторный каскад на полевом транзисторе

15

Федеральное агентство образования

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

(ТУСУР)

Кафедра средств радиосвязи (СРС)

Лабораторная работа по основам схемотехники

Резисторный каскад на полевом транзисторе

Студенты гр. 1В3:

_________Падюков И.О.

___________Лясота А.С.

___________Котлов А.И.

Проверил:

профессор кафедры СРС

__________Колесов И.А.

2005

1 Цель работы

Целью работы является исследование влияния основных элементов схемы на характеристики резонаторного каскада на полевом транзисторе с общим истоком.

В процессе выполнения работы экспериментально исследуется влияние емкости разделительного конденсатора , общей шунтирующей емкости и сопротивления нагрузки на амплитудно-частотную характеристику резисторного каскада и на искажение формы усиливаемого прямоугольного импульса. Исследуется также влияние местной обратной связи, возникающей при отключении блокировочного конденсатора в цепи истока, на амплитудную характеристику каскада.

2 Описание лабораторной установки

В лабораторной работе используются следующие приборы: лабораторный макет, генератор сигналов Г3-33, вольтметр В3-2А, осциллограф С1-72, встроенный в макет генератор прямоугольных импульсов. Структурная схема экспериментальной установки приведена на рисунке 2.2.

Рисунок 2.1 – Структурная схема экспериментальной установки

Каскад реализуется на лабораторном макете, который включает в себя резисторный усилительный каскад на полевом транзисторе КП103Ж, встроенный генератор прямоугольных импульсов, выполненный по схеме симметричного мультивибратора, и источник питания. Схема исследуемого каскада приведена на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2 – Резисторный каскад с общим истоком

3 Результаты экспериментальных исследований

Таблица 3.1 – Исследование влияния емкости разделительного конденсатора на частотную характеристику

мВ, кОм, пФ, -отключен

, кГц	0,02	0,05	0,1	0,2	0,5	1	2	5	10	20	50	100	200
при мкФ	0,5	0,75	0,82	0,84	0,85	0,85	0,86	0,86	0,87	0,86	0,83	0,73	0,52
при мкФ	0,05	0,15	0,3	0,5	0,75	0,82	0,84	0,85	0,85	0,85	0,82	0,72	0,52

Рисунок 3.1 – Исследование влияния емкости разделительного конденсатора на частотную характеристику

Таблица 3.2 – Исследование влияния общей шунтирующей емкости , подключенной параллельно входным зажимам

кОм, мкФ, -включен

, кГц	0,02	0,05	0,1	0,2	0,5	1	2	5	10	20	50	100	200
при пФ	0,1	0,27	0,4	0,46	0,5	0,5	0,51	0,51	0,51	0,51	0,5	0,47	0,38
при пФ	0,1	0,28	0,4	0,46	0,43	0,5	0,51	0,51	0,51	0,49	0,42	0,31	0,14

Рисунок 3.2 - Исследование влияния общей шунтирующей емкости , подключенной параллельно входным зажимам

Таблица 3.3 – Исследование влияния сопротивления нагрузки на частотную характеристику

мкФ, пФ

, кГц	0,02	0,05	0,1	0,2	0,5	1	2	5	10	20	50	100	200
прикОм	0,5	0,76	0,82	0,84	0,85	0,86	0,86	0,86	0,87	0,86	0,86	0,72	0,52
при кОм	0,16	0,27	0,4	0,47	0,5	0,5	0,51	0,51	0,51	0,52	0,52	0,49	0,37

Рисунок 3.3 - Исследование влияния сопротивления нагрузки на частотную характеристику

Исследование влияния емкости разделительного конденсатора на форму усиливаемого прямоугольного импульса.

кОм, пФ, -отключен

Рисунок 3.4 – Осциллограмма выходного сигнала при мкФ

Рисунок 3.5 – Осциллограмма выходного сигнала при мкФ

Исследование влияния общей шунтирующей емкости на форму усиливаемого прямоугольного импульса.

кОм, мкФ

Рисунок 3.6 – Осциллограмма выходного сигнала при пФ

(-отключен).

Рисунок 3.7 – Осциллограмма выходного сигнала при пФ (-включен).

Исследование влияния сопротивления нагрузки на форму прямоугольного импульса.

мкФ,

Рисунок 3.8 – Осциллограмма выходного сигнала при кОм.

Рисунок 3.9 – Осциллограмма выходного сигнала при кОм.

Снятие амплитудной характеристики каскада при включенном блокировочном конденсаторе в цепь истока С_и­.

На вход каскада подаем 0.5 В, на выходе снимаем 3.3 В.

Рисунок 3.11 - Осциллограмма сигнала на выходе при включенном С_и.

На вход каскада подаем 1 В, на выходе снимаем 4.2 В.

Рисунок 3.12 - Осциллограмма сигнала на выходе при включенном С_и

На вход каскада подаем 2 В, на выходе снимаем 4.5 В.

Рисунок 3.13 - Осциллограмма сигнала на выходе при включенном С_и

Снятие амплитудной характеристики каскада при выключенном блокировочном конденсаторе в цепь истока С_и­.

На вход каскада подаем 0.5 В, на выходе снимаем 1.1 В.

Рисунок 3.14 - Осциллограмма сигнала на выходе при выключенном С_и

На вход каскада подаем 1 В, на выходе снимаем 2.1 В.

Рисунок 3.15 - Осциллограмма сигнала на выходе при выключенном С_и.

На вход каскада подаем 2 В, на выходе снимаем 3.3 В.

Рисунок 3.16 - Осциллограмма сигнала на выходе при выключенном С_и.

Выводы

1. Уменьшение ёмкости разделительного конденсатора приводит к уменьшению нижней граничной частоты (рисунок 3.1). Это объясняется тем, что уменьшение ёмкости приводит к увеличению её сопротивления, а значит и повышению падения напряжения на ней. Так как часть усиленного напряжения падает на конденсаторе , то при увеличении выходное напряжение на нагрузке уменьшается (). Значит, завал АЧХ на нижних частотах обусловлен деление усиленного напряжения последовательной цепью.

2. Увеличение суммарной паразитной ёмкости приводит к уменьшению верхней граничной частоты (рисунок 3.2). Это объясняется тем, что при увеличении уменьшается сопротивление конденсатора (), что ведёт к меньшему падению напряжения на выходе и уменьшению коэффициента усиления.

3. Уменьшение сопротивления на нижних граничных частотах приводит к завалу АЧХ (рисунок 3.3). Это объясняется тем, что при прежнем токе в последовательной цепи и напряжение снижается только на сопротивлении , а значит и зависит от номинала .

4. Уменьшение сопротивления нагрузки на верхних частотах приводит к завалу АЧХ. Это объясняется тем, что на верхних частотах выходное напряжение падает на сопротивлении эквивалентном параллельно включенным , , . Тогда понятно, что увеличение приводит к увеличению выходного напряжения () (таблица 3.3, рисунок 3.4).

5. С увеличением ёмкости разделительного конденсатора уменьшается спад плоской вершины импульса. Это объясняется тем, что часть усиленного напряжения сток-исток падает на разделительном конденсаторе. Следовательно, чем больше ёмкость, тем до меньшего напряжения заряжается конденсатор за время прохождения импульса и спад плоской вершины импульса меньше (рисунки 3.4, 3.5).

6. Увеличение ведёт к увеличению времени установления (рисунки 3.6, 3.7). Чем больше ёмкость конденсатора, тем дольше длится его заряд, а значит, напряжение на выходе за большее время достигнет требуемого уровня.

7. С увеличением время установления больше (рисунки 3.8, 3.9). Увеличивая , увеличиваем . Чем больше , тем до большего напряжения заряжается конденсатор (суммарная ёмкость нагрузки), т.е. требуется большее время на заряд конденсатора, и как следствие увеличивается время установления.

8. При отключении ёмкости истокового конденсатора () снижается коэффициент усиления каскада. Это происходит, потому что обеспечивает на частоте сигнала, которое вычитается из напряжения между зажимами затвор-исток. Это видно при сравнении графиков амплитудной характеристики каскада при включенном/выключенном блокировочном конденсаторе в цепи истока С_и (рисунки 3.11-3.13).

9. При включении конденсатора нелинейные искажения появляются при меньшем входном напряжении. Так как при том же уровне входного напряжения на входе, управляющее напряжение имеет большую амплитуду при включенном конденсаторе ( на частоте сигнала), следовательно, транзистор раньше выходит в нелинейный режим (рисунки 3.13-3.16).