Усилитель переменного тока на транзисторе



Мы поможем в написании ваших работ!


Мы поможем в написании ваших работ!



Мы поможем в написании ваших работ!


ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Усилитель переменного тока на транзисторе



 

 

На базе транзистора 2N2222A, рассмотренного ранее, можно соз- дать усилитель переменного тока (рис. 1.19). В данном усилителе тран- зистор включен по схеме с общим эмиттером.

На входе и выходе усилителя для отсечки постоянной составляю-

щей включены конденсаторы ёмкостью 5 мкФ.

Рабочая точка ВАХ транзистора обеспечивается резистивным де-

лителем напряжения. Сопротивления резисторов делителя предвари- тельно рассчитываются [1], либо подбираются так, чтобы нелинейные искажения выходного сигнала были минимальны.


В цепь эмиттера


включено сопротивление 50 Ом, обеспечиваю-


щее стабилизацию рабочей точки.

 

 

Рис. 1.19


По переменному току эмиттер транзистора через шунтирующий конденсатор 50 мкФ подключается к общей точке. Сопротивление на- грузки составляет 100 кОм – усилитель работает в режиме холостого хода. Напряжение питания усилителя составляет 12 В. На вход усили- теля с функционального генератора Function Generator подаётся гармо- нический сигнал с амплитудой 20 мВ и частотой 10 кГц (рис.

1.20). Частота входного сигнала в дальнейшем будет меняться.

 

Рис. 1.20

Построитель частотных характеристик Bode Plotter имеет четыре вывода – две клеммы для входного сигнала In и две клеммы для выход-

ного сигнала Out. Bode Plotter позволяет получить амплитудно- частотную (АЧХ) и фазо-частотную (ФЧХ) характеристики усилителя. По АЧХ возможно определить верхнюю и нижнюю границы полосы

пропускания и среднегеометрическую частоту полосы пропускания.

Диалоговое окно Bode Plotter приведено на рис. 1.21.

 

Рис. 1.21


Включим кнопку Magnitude для построения АЧХ. По вертикали (Vertical) и по горизонтали (Horizontal) установим логарифмическую шкалу (Log). Пределы по вертикали следующие: I = -20 дБ (dB) – нижний предел и F = - 50 дБ – верхний предел. Пределы по го- ризонтали следующие: I = 10 Гц (Hz) – нижний предел и F = 10 ГГц (GHz) – верхний предел. Установим движок в точке с координатами

40.97 дБ и 432.9 кГц. Примем эту точку за среднюю в полосе пропуска-

ния. На границе полосы пропускания амплитуда выходного сигнала снизится на 3 дБ или в 1.414 раза и составит

40.97-3=37.97 дБ.

Перемещая движок от средней точки влево до тех пор, пока ам-

плитуда выходного сигнала не примет значение 37.97 дБ найдём ниж-


нюю частоту полосы пропускания.

ветствуют две точки:

1) 37.79 дБ и 1.874 кГц;

2) 38.18 дБ и 2.074 кГц.


Величине


37.97 дБ наиболее соот-


Величины абсолютных


отклонений составят соответственно


A1= 37.97-37.79=0.18 дБ и


A2= 37.97-38.18=0.21 дБ . Принимаем


первую точку с координатами


Aнижн = 37.79 дБ и


Fнижн = 1.874 кГц в


качестве нижней границы полосы пропускания усилителя переменного


тока, так как


A1 < ∆A2 .


Перемещая движок от средней точки вправо до тех пор, пока ам-

плитуда выходного сигнала не примет значение 37.97 дБ найдём верх- нюю частоту полосы пропускания. Величине 37.97 дБ наиболее соот- ветствуют две точки:

1) 37.56 дБ и 81.11 МГц;

2) 38.06 дБ и 72.67 МГц.

Величины абсолютных отклонений составят соответственно


A3=37.97-37.56=0.41 дБ и


A4= 37.97-38.06=0.09 дБ . Принимаем


точку с координатами


Aверхн = 38.06 дБ и


fверхн = 72.67 МГц


в качест-


ве верхней границы полосы пропускания


усилителя переменного


тока,


так как


A4 < ∆A3 .


Среднегеометрическая частота полосы пропускания усилителя

переменного тока определяется как


fср =


fнижн ⋅ fверхн .


Подставив численные значения определённые ранее рассчитаем

3 6 3


fср =


1.874 ⋅10


⋅ 72.67 ⋅10


= 369 ⋅10 Гц = 369 кГц .


В диалоговом окне устройства BodePlotter


включаем фазо-


частотную характеристику (ФЧХ) с помощью кнопки Phase (рис. 1.22).

 

Рис. 1.22

 

 

На нижней границе полосы пропускания при частоте


fнижн = 1.874 кГц


выходной гармонический сигнал отстаёт по фазе от


входного на величину


ϕнижн = −135° . На верхней границе полосы про-


пускания при частоте

 

ет ϕверхн = − 230.7° .


fверхн = 72.67 МГц


отставание по фазе составля-


АЧХ и ФЧХ усилителя переменного тока (УПТ) возможно сохра- нить в отдельный файл, а затем построить в другой программе, напри- мер в программе Excel. В диалоговом окне Bode Plotter необходимо на- жать кнопку Save (Сохранить). Появится диалоговое окно Save Bode Data (рис. 1.23), где необходимо выбрать

1) путь, например c:\temp,

2) имя файла, например OE_upt.bod.


 

 

Рис. 1.23

 

 

У сохранённого файла необходимо изменить расширение на *.xls, а затем загрузить файл с помощью Excel. Далее в главе 6 раздела 3 при- ведена методика построения логарифмической АЧХ в программе Excel. На рис. 1.24 – 1.26 приведены характеристики УПТ, построенные в Ex- cel.


Коэффициент усиления УПТ по

лить как


напряжению kU


можно опреде-


U
k = Uвых.а


= Uвых.д


= Uвых ,


Uвх.а


Uвх.д


Uвх


где


Uвых.а , Uвых.д , Uвых


– амплитудное, действующее и среднее


значения выходного гармонического сигнала (напряжения) УПТ;


 

 

Рис. 1.24. Логарифмическая АЧХ УПТ, построенная в Excel

 

 

Рис. 1.25. АЧХ УПТ, построенная в Excel

 

 

 

Рис. 1.26. ФЧХ УПТ, построенная в Excel


Uвх.а , Uвх.д, Uвх


– амплитудное, действующее и среднее значения


входного гармонического сигнала УПТ.


Коэффициент усиления kU


является безразмерным, т. е. измеря-


ется в относительных единицах. Зависимость коэффициента усиления

kUУПТ от частоты fявляется амплитудно-частотной характеристикой


kU( f). Коэффициент усиления УПТ


LU, выраженный в децибелах (дБ


или dB) можно выразить через kU


следующим образом


LU= 20lgkU.

Откроем диалоговое окно построителя частотных характеристик

Bode Plotter (рис. 1.27). Включим кнопку Magnitude. В подразделе Verti- cal включим линейную шкалу Lin. Пределы по вертикали следующие:

I=0 – нижний предел, F=500 – верхний предел. В подразделе Horizontal включим логарифмическую шкалу Log. Пределы такие же как предла- гаются по умолчанию (рис. 1.27). Данная характеристика является зави-


симостью


kU( f)


или АЧХ УПТ в безразмерных единицах.


 

 

 

 

Рис. 1.27

 

 


На нижней границе полосы пропускания УПТ при


f=1.874 кГц


коэффициент усиления


kU= 77.5


(рис. 1.27). На верхней границе поло-


сы пропускания УПТ при


f= 72.67 МГц


коэффициент усиления


kU= 80.1. При среднегеометрической частоте полосы пропускания


f = 369 кГц


коэффициент усиления kU


= 112 .


С помощью построителя частотных характеристик BodePlotter


выше определены параметры


kU, LU,


fср,


fнижн,


fверхн . Эти параметры


УПТ можно получить и при помощи осциллографа (Oscilloscope).


В диалоговом окне функционального генератора FunctionGen-

erator выставим параметры входного гармонического сигнала (напря-


жения): амплитуду

1.28).


U вх.а = 20 мВ


и частоту


f =1.9 кГц ≈


fнижн


(рис.


 

 

 

Рис. 1.28

 

 

Диалоговое окно осциллографа представлено на рис. 1.29.

 

 

 

Рис. 1.29


Как видно из рис. 1.29 осциллограф имеет два движка.


Первый движок


установим в такой


момент времени


( T1 = 22.2435 мс ), когда входной сигнал принимает наибольшее (ампли-

тудное) значение

VA1 =Uвх.а =19.8274 мВ ≈ 20 мВ .


Значения VA1


и T1


индицируются в первом окне.


Второй движок установим в момент времени


T2 = 22.4409 мс , ко-


гда выходной сигнал принимает наибольшее (амплитудное) значение

VB2 =Uвых.а =1.4615 В .


Значения VB2


и T2


индицируются во втором окне.


Коэффициент усиления УПТ по напряжению kU


на частоте


fн = 1.9 кГц

зом


по показаниям осциллографа рассчитаем следующим обра-


k = Uвых.а


= VB2 =


1.4615


 

= 73.711


U Uвх.а


VA1 19.8274 ⋅10−3


Вычислим коэффициент усиления УПТ в децибелах на частоте


fн = 1.9 кГц


по показаниям осциллографа


LU= 20 lg73.711 = 37.351

Отставание по фазе выходного сигнала УПТ относительно вход-


ного на частоте


fн = 1.9 кГц


по показаниям осциллографа рассчитаем


следующим образом

 

T2 −T1


 

 

(22.4409 − 22.2435)⋅10−3


ϕ =− 1

fн


⋅ 360 = −


 

1.9 ⋅103


⋅ 360 = − 135.022°


Необходимо отметить, что параметры


kU, LU


и ϕ , измеренные и


вычисленные с помощью инструментов Bode Plotter и Oscilloscope при-

мерно совпадают, а расхождения обусловлены дискретностью числовых величин, задаваемых в генераторе Functional Generator и индицируе-

мых в инструментах Bode Plotter и Oscilloscope.

По вышеописанной процедуре можно с помощью осциллографа


(Oscilloscope) вычислить параметры

частоте полосы пропускания УПТ


kU, LU


и ϕ на верхней граничной


fверхн = 72.67 МГц

и на среднегеометрической частоте полосы пропускания

fср = 369 кГц .



Последнее изменение этой страницы: 2016-04-07; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.236.231.61 (0.022 с.)