- •Исследование аналоговых каскадов на дискретных элементах методом схемотехнического моделирования
- •Воронеж 2004
- •Печатается по решению редакционно – издательского совета Воронежского государственного технического университета.
- •Лабораторная работа № 1
- •1 . Базовые каскады аналоговой дискретной схемотехники на биполярных транзисторах.
- •2. Методика расчёта базовых каскадов по постоянному току
- •2.1. Расчёт показателей каскадов методом схемотехнического
- •2.2. Аналитический метод анализа
- •4. Домашнее задание Исходные данные
- •Приращение токов в стабилизированных каскадах:
- •5. Лабораторное задание
- •6. Содержание отчета
- •7. Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 2
- •1. Цель работы
- •2. Домашнее задание
- •3. Моделирование.
- •4. Содержание отчета.
- •5. Контрольные вопросы.
- •Исследование базового каскада (lr2)
- •Справочная информация
- •1.1. Цель работы
- •1.2. Домашнее задание
- •1.3. Исходные теоретические данные
- •Откуда частота среза
- •Граничная частота полосы пропускания выходной цепи равна
- •2.4. Описание исследуемых схем
- •2.5 Лабораторное задание и методические указания к его выполнению
- •2.6. Содержание отчета
- •2.7. Контрольные вопросы
- •1. Цель работы:
- •2. Домашнее задание
- •3.4. Структурные схемы каскадов с ос основных типов
- •Нелинейные искажения, оцениваемые коэффициентом гармоник Кr для усилителя с обратной связью определяем:
- •4. Описание исследуемой схемы.
- •7. Контрольные вопросы.
- •Исследование аналоговых каскадов на дискретных элементах методом схемотехнического моделирования методические указания
1.1. Цель работы
Основной целью данной работы является исследование частотных свойств и влияние на них величин элементов различных схем на биполярных и полевых транзисторах.
1.2. Домашнее задание
Изучить теоретические разделы курса [1, с. 162-169] или [3, с. 5-23], материалы лекций и настоящее руководство.
По данным из предыдущей лабораторной работы № 2 (Н-параметрам) рассчитать физические параметры БПТ.
Для схемы ОЭ определить верхнюю (по уровню Мв = G,N дБ) и нижнюю (по уровню Мн = (4 - G),S дБ) граничные частоты полос пропускания по физическим параметрам и данным из предыдущей лабораторной работы № 2 (сопротивления источника, нагрузки и делителя напряжения на базе), а также приняв СР1 = 2*G мкФ, СР2 = (15-G) мкФ, СЭ = 5N мкФ, СН = 25 + (N ± G) пФ и = 1N («+» при четном N, «-» при нечетном).
Определить верхние граничные частоты по уровню Мв схем ОБ (на БПТ) и ОИ (на ПТ), используя данные из предыдущей лабораторной работы (ток коллектора выбранного БПТ, а также крутизну проходной характеристики полевого транзистора), приняв при этом: C11и = (2G+N) пФ, C12и = G пФ и CМ = (G+1) пФ.
Подготовить таблицы и графики для построения АЧХ.
48
1.3. Исходные теоретические данные
Формулы пересчета обобщенных Н-параметров в физические следующие:
, , , .
Ш ирокополосные усилительные каскады в идеале должны иметь равномерную амплитудно-частотную характеристику( АЧХ) во всем диапазоне рабочих частот. Однако реальным схемам свойственны спады АЧХ как в области нижних частот( НЧ), так и в высокочастотной области, которые определяют границы полосы пропускания усилителя.
В области НЧ на АЧХ транзисторных каскадов оказывают влияние разделительные конденсаторы в входной СР1 и выходной СР2 цепях, а также блокировочные конденсаторы СЭ (СИ), включенные в цепи эмиттера (истока) параллельно резистору RЭ( RИ) (рис. 1.6).
Р азделительные конденсаторы СР1 и СР2 предназначены для сохранения режима каскада по постоянному току при подключении источника сигнала и нагрузки. Данные конденсаторы оказываются включенными последовательно с внутренним сопротивлением источника сигнала RИСТ и выходным сопротивлением каскада RВЫХ соответственно. Поскольку с уменьшением частоты сопротивление конденсатора возрастает, уменьшаются коэффициенты передач входной и выходной цепей, что приводит к падению сквозного коэффициента усилителя. Это обусловливает спад АЧХ в области НЧ, и возникновению частотных искажения в области нижних частот. Эквивалентная схема каскада ОЭ для НЧ области приведена на рис. 2.1,а, откуда легко найти коэффициент передачи входной цепи
(2.1)
где
49
а RВХ определяется h11Э.
Из (2.1) следует, что граничная частота полосы пропускания входной цепи по уровню 3дБ равна
(2.2)
где ТВХ = СР1(RЭКВ+RИСТ), а .
Аналогично для выходной цепи
и
(2.3)
Рис. 2.1 Эквивалентные схемы каскада ОЭ в НЧ области
где ТВЫХ = СР2(RВЫХ + RН), RВЫХ = 1/h22Э.
Рассмотрим теперь влияние на искажения в области НЧ блокировочной емкости СЭ. В предыдущей работе было установлено, что наличие резистора RЭ является весьма желательным с точки зрения стабилизации режима каскада по постоянному току. Вместе с
50
т ем, согласно (1.1) снижает усилительные возможности каскада для переменного тока. Примирить эти противоречия позволяет
Рис. 2.2. Эквивалентные схемы каскада ОЭ в ВЧ (б) области
в ключение параллельно RЭ блокировочного конденсатора СЭ большой емкости. В этом случае коэффициент усиления каскада ОЭ
равен
(2.4)
где ZСЭ() = 1/CЭ.
Если CЭ достаточно велико, то на средних частотах ZСЭ 0 и КУ будет иметь высокое значение. Однако по мере уменьшения частоты сопротивление ZСЭ становится значительным и коэффициент усиления уменьшается, что приводит к спаду АЧХ, т. е. частотным искажениям в НЧ области.
Из (2.4) легко получить выражение для коэффициента передачи усилителя в операторной форме