Анализ усилительного каскада

НА БИПОЛЯРНОМ ТРАНЗИСТОРЕ С ОБЩИМ ЭМИТТЕРОМ

Краткие теоретические сведения

Расчет по постоянному току схем(рис. 1.2, 1.3)включает расчет сопротивлений резисторов , , , [1, 9 - 22].

По выходной вольт-амперной характеристики (ВАХ) транзистора выбираем рабочую точку , с учетом , (рис. 1.1а). По входной ВАХ определяем ток базы покоя и напряжение (рис. 1.1б).

Сопротивление нагрузки по постоянному току (рис. 1.2, 1.3):

,

(1.1)

где сопротивление .

Сопротивления делителя напряжения:

, ,

(1.2)

где ;

.

(1.3)

 

а)	б)
Рис. 1.1
Рис. 1.2	Рис. 1.3

Расчет емкостей разделительных и шунтирующих конденсаторов определяется по формулам:

, где - сопротивление источника сигнала;	(1.4)
= - входное сопротивление усилителя;
;	(1.5)
,	(1.6)

где постоянные времени определяются из формулы

.

(1.7)

Расчет по переменному току включает расчет:

коэффициента усиления по напряжению ,	(1.8)
коэффициента усиления по току ,	(1.9)
коэффициента усиления по мощности ,	(1.10)
входного сопротивления (без учета сопротивления генератора),	(1.11)
выходного сопротивления (без учета сопротивления нагрузки).	(1.12)

Нестабильность коэффициента усиления определяется по формуле

,

(1.13)

где - изменение коэффициента усиления в результате действия дестабилизирующего фактора (например, при изменении температуры).

Задание к лабораторной работе

 

1. Согласно номеру варианта из табл.1.1 выбрать тип транзистора VT.

Таблица 1.1

№
Тип	2N5190	2N5191	2N5192	2N6121	2N6122	2N6123	2N6288	2N6292	2N2218	2N2219
№
Тип	2N3054	2N3441	2N3442	2N3583	2N3584	2N3585	2N3738	2N3739	2N3766	2N3767

2. По выбранному значению тока и напряжения , с учетом напряжения источника питания E (9…15 В), рассчитать сопротивления резисторов , , (рис. 1.2).

3. Изобразить с помощью графических средств пакета Micro-Cap и записать в файл электронную схему усилителя (рис. 1.2), ориентировочно приняв:

- емкости разделительных конденсаторов - 10 мкФ; - 10 мкФ;

- сопротивление нагрузки - 10 кОм.

4. Сформировать синусоидальный сигнал, используя генератор Sine source с параметрами F = 10 кГц, А = 10 мВ, = 100 Ом.

5. В режиме Transient Analysis получить временные диаграммы:

а) напряжения на источнике сигнала;

б) тока в базовой цепи;

в) напряжения в цепи нагрузки;

г) тока в цепи нагрузки.

6. Проверить положение рабочей точки усилителя, используя предварительный расчет по постоянному току. При необходимости произвести корректировку положения рабочей точки, изменяя величины элементов схемы , , .

7. Рассчитать по временным диаграммам коэффициенты усиления , , входное сопротивление , выходное сопротивление . В пакете Micro-Cap 7 для расчета сопротивлений вызвать окно нажатием клавиш Alt5. В окне указать напряжение в измеряемом узле и название входного источника сигнала.

8. Исследовать влияние нагрузки (10 Ом … 100 кОм) на выходные параметры , .

9. Определить с помощью моделирования динамический диапазон входного сигнала.

10. Рассчитать амплитудно-частотную (АЧХ) и фазочастотную (ФЧХ) характеристики усилителя в режиме АС Аnalysis.

11. По АЧХ определить верхнюю граничную частоту f_в полосы пропускания усилителя.

12. По заданной нижней граничной частоте f_н полосы пропускания усилителя (табл.1.2) рассчитать емкости разделительных конденсаторов и , считая, что каждый из них вносит одинаковые искажения.

Таблица 1.2

№	1, 20	2, 19	3, 18	4, 17	5, 16	6, 15	7, 14	8, 13	9, 12	10, 11
fн, Гц

13. Исследовать влияние температуры на выходной сигнал (Т = -40…+60ºС) и определить нестабильность к изменению температуры.

14. Повторить расчеты по постоянному току для схемы с последовательной отрицательной обратной связью (ООС) по току (рис. 1.3).

15. Изобразить и записать в файл электронную схему усилителя (рис. 1.3), ориентировочно приняв емкость шунтирующего конденсатора равной 100 мкФ.

16. Повторить расчеты и исследования усилителя (рис. 1.3) по методике схемы с заземленным эмиттером (п.4 - 6, 8 - 11,13).

17. По заданной нижней граничной частоте f_н полосы пропускания усилителя (табл.1.2) определить емкость шунтирующего конденсатора .

18. Исследовать влияние сопротивления на нестабильность .

19. Составить отчет по выполненной работе, согласно СТП ВятГУ 101-2004.

Отчет должен содержать:

- титульный лист;

- цель работы;

- исходные данные;

- аналитические расчеты;

- принципиальные схемы с узловыми потенциалами и параметрами элементов схемы;

- временные диаграммы, поясняющие их работу;

- АЧХ, ФЧХ.

В выводах сравнить схемы по рассчитанным параметрам и характеристикам.

 

Контрольные вопросы

 

1. Нарисуйте схему усилительного каскада на биполярном транзисторе с общим эмиттером.

2. Поясните назначение элементов в схеме (рис. 1.3).

3. Поясните выбор положения рабочей точки при малом и большом входных сигналах.

4. Поясните принцип расчета сопротивлений резисторов , , , (рис. 1.2, 1.3).

5. Объясните влияние сопротивлений , , , (рис. 1.2, 1.3) на положение рабочей точки транзистора.

6. Поясните принцип построения нагрузочных прямых по постоянному и переменному токам.

7. Объясните механизм работы термостабилизации в схеме на рис. 1.3.

8. Объясните причину искажений АЧХ в области нижних и верхних частот.

9. Какова причина изменения коэффициента усиления при отключении конденсатора в эмиттерной цепи (рис. 1.3)?

10. Параметры каких элементов необходимо изменить в схеме, чтобы повысить коэффициент усиления на средних, низких и высоких частотах?

11. Как рассчитать основные параметры усилительного каскада с общим эмиттером по переменному току?

12. Объясните влияние нагрузки на характер изменения параметров , .

13. Как уменьшить коэффициент нестабильности при изменении температуры?