УЧЕБНЫЕ ЗАДАНИЯ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К ИХ ВЫПОЛНЕНИЮ

Собрать на рабочем поле среды MS10 схему для испытания усилительного каскада на биполярном транзисторе с ОЭ (рис. 24.8), ознакомиться с методикой расчёта параметров элементов схемы и установить их в диалоговых окнах компонентов.

В схему уси­лителя на транзисторе VT1 с ОЭ (типа 2N3906 с параметра­ми: U_{K . max} = 40 В; I_{K . max} = 0,2 А; h_{2 1 Э} = 30…300; f_max = 300 МГц; P_K = = 0,625 Вт) включены потенциометры R1 и Rк, постоянные резисторы Rs, Re и Rn, конденсаторы С1 … С3, переключатель А и ключ В.

В качестве источника энергии использован генератор постоянного напряжения E2 с ЭДС E ₂ = 12 В, а в качестве источника входного сигнала –

генератор синусоидального напряжения E1. Для визуализации результатов испытания в схему включены амперметры А1 и А2, вольтметры V1 и V2, двухканальный осциллограф XSC2 и плот­тер ХВР1 (построитель АЧХ и ФЧХ усилителя по напряжению).

1.1. Расчёт параметров элементов схемы выполним с помощью следующих соотношений:

R_K » E ₂/ I_K.max = 12/(0,2) = 60 Ом - сопротивление коллектора (без эмит­терной обратной связи (переключатель А находится в правом положении, ключ В разом­кнут, см. рис. 24.7));

U_Kп » E ₂/2 = 6 B; I_Kп » (E ₂ - U_Kп)/ R_K = 6/60 = 100 мА - постоянное напряжение и ток коллектора в режиме покоя;

I_Бп » _.I_Kп / h ₂₁ = 100/135 » 0,75 мA - ток базы в режиме покоя, где h ₂₁ = = 135 - среднее значение коэффициента передачи по току транзистора типа 2N3906;

- сопротивление резистора R1 в базовой цепи, где напряжение U_Бп » 0,65 В для кремниевых и U_Бп » _. 0,3 В для германиевых транзисторов;

R_e » (0,1…0,2) E ₁/ I_Эп = 0,2×12/0,075 = 32 Ом - сопротивление ре­з­и­­стора Re в цепи эмиттера, где I_Эп » I_Кп » 0,75 мА – ток коллектора при подключении резистора Re;

R ₂ = (0,3…0,5) R ₁ - сопротивление резистора R2, включенного между базой и общей точкой 0 усилителя для создания требуемого напряжения покоя

.

Примем R ₂ = 6 кОм.

В усилителе с ОЭ и с эмиттерной стабилизацией рекомендуется режим: U_Кп » (2/3) E ₁ = 8 В и U_Эп » (1/3) E ₁ = 4 В, который можно установить измене­нием сопротивлений потенциометров R1, Rк и резистора Rе (см. рис. 24.8).

Для устранения отрицательной обратной связи (ООС) по переменной составляющей тока резистор Rе зашунтирован конденсатором C2, ёмкостное сопротивление которого для низкочастотной составляющей усиливаемого сигнала должно быть на порядок меньше сопротивления резистора Re. Примем C2 = 8 мФ. Тогда сопротивление конденсатора C2 Х_{С 2} » 20/ f.

Скопировать схему (рис. 24.8) на страницу отчета по работе.

1.2. Снять и построить (по точкам) семейство амплитудных характеристик по напряжению u_вых (u_вх) на частоте f = 1 кГц входного напряжения u_вх, при входных сопротивлениях R_s = 0 и R_s = 100 Ом источника Е1 и при сопротивлениях нагрузки R_n = 1 МОм и R_n = 1 кОм. Записать в табл. 24.1 показания вольтметра V2, работающего в режиме АС, при ступенчатом изменении ЭДС источника сигнала Е1, наблюдая в окне осциллографа за

характером искажения выходного напряжения u_вых при больших значениях напряжения u_вх.

Заметьте, что выходное напряжение u_вых, снимаемое с коллектора транзистора VT1, противофазно напряжению u_вх (см. рис. 24.9).

Т а б л и ц а 24.1

1.3. Используя графики амплитудных характеристик, определить динамический диапазон D усилителя (см. рис. 24.2, а) и коэффициенты усиления по напряжению K_u при сопротивлениях R_s = 0, R_n = 1 МОм и при R_s = = 100 Ом,

1.4. Снять с помощью плоттера ХВР1 амплитудно-частотные и фазочастотные характерис­ти­ки усилителя по напряжению при u_вх = 10 мВ, R_s = = 100 Ом и R_n = 1 кОм и оп­ределить полосы пропускания Δf усилителя без эмиттерной ООС и с ООС.

Скопировать экраны плоттера на страницу отчёта по работе.

В качестве примера, на рис. 24.10 приведены АЧХ K_u (lg f) и ФЧХ Y_u (lg f) усилителя без ООС (а и в) и с ООС (б и г) при заданных на рис. 24.8 параметрах элементов схемы. Анализ АЧХ показывает, что коэффициент K_u = 90,6 для уси­лителя без ООС при частоте f = 100 кГц больше K_u = 76 усилителя с ООС, а верхняя частота f_в полосы пропускания усилителя с ООС больше частоты f_в усилителя без ООС. Полосы пропускания Δf определены по координатам точек пересечения горизонтальных пунктирных линий (см. рис. 24.10, а и б), проведенных на уровнях 90,6 и соответственно.

Скачки на графиках ФЧХ соответствуют точкам перехода от опережения выходным сигналом по фазе входного сигнала к его отставанию по фазе от входного сигнала. Границы моделирования АЧХ (Magnitude) и ФЧХ (Phase) усилителя по частоте (нижней (I) f_н = 1 Гц и верхней (F) f_в = 1 ГГц), по коэффициенту усиления K_u = 0…100, по углу сдвига фаз от -360° до +360°) и тип шкал (линейная (Lin) или логарифмическая (Log)) задаются в окне плоттера (см. рис. 24.10, справа).