37772

УНИПОЛЯРНЫЙ ТРАНЗИСТОР В ШИРОКОПОЛОСНОМ УСИЛИТЕЛЬНОМ КАСКАДЕ С КС -СВЯЗЯМИ

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

От положения рабочей точки транзистора усилительного каскада зависят параметры транзистора а следовательно и параметры усилителя такие например как коэффициент усиления по напряжению ^и0 допустимая величина входного напряжения Цвхмакс превышение которой ведет к искажению выходного сигнала коэффициент полезного действия и т. Соответственно высшая граничная частота Гв полоса пропускания усилителя определяется как в = Расширить полосу пропускания усилителя в условиях...

Русский

2013-09-25

141.75 KB

2 чел.

Работа №7. УНИПОЛЯРНЫЙ ТРАНЗИСТОР В ШИРОКОПОЛОСНОМ УСИЛИТЕЛЬНОМ КАСКАДЕ С КС -СВЯЗЯМИ.

Цель работы - установить связь между параметрами униполярного транзистора и других деталей схемы и параметрами ШУ, изучить способы расширения полосы пропускания ШУ.

Продолжительность работы - 3,5 часа.

Теоретическая часть

На рис.15 приведена принципиальная схема усилительного каскада с КС-связями на униполярном транзисторе. Конденсаторы Ср1, Ср2 разделяют каскада по постоянному току, резистор КЗ обеспечивает утечку тока в цепи затвора.

Рис 15.Принципиальная схема усилительного каскада с КС-связями

При анализе работы усилителей на первом этапе рассматривают работу схемы на постоянном токе, т.е. определяют положение рабочей точки транзистора (1с, 11сн, 11зн), а также токи и напряжения для остальных ветвей схемы. Это часто и наиболее просто осуществляется графоаналитическим методом, предполагающим построение нагрузочной прямой 1с=(Ес-11сн]/Кс и динамической стоко-затворной характеристики транзистора 1с=Г1(Пзн) при Кс=соп51:, на которых намечают положение рабочей точки. В свою очередь, нагрузочная прямая и динамическая стоко-затворная характеристика предварительно строятся на семействах статических стоковых 1с=П.(11сн) при 1!зн =соп$1: и стоко-затворных 1с=Г2(1(зн) при Иен =соп$1 характеристик. На рис. 16 приведен примерный вид таких характеристик для униполярного транзистора.

От положения рабочей точки транзистора усилительного каскада зависят параметры транзистора, а следовательно, и параметры усилителя, такие, например, как коэффициент усиления по напряжению |^и0, допустимая величина входного напряжения Цвхмакс превышение которой ведет к искажению выходного сигнала, коэффициент полезного действия и т.д. При заданных Ес и Кс изменить положение рабочей точки транзистора можно только за счет изменения напряжения источника Есм (см.рис.15).

Рис.16. Статические вольт-амперные характеристики униполярного транзистора:

а) стоковые, б) стоко-затворные

Рабочая точка транзистора обычно выбирается близко к середине линейного участка динамической стоко-затворной характеристики (класс А). При этом будет обеспечена наибольшая величина допустимого входного напряжения Цвхмакс при двуполярном (в частном случае синусоидальном] входном сигнале.

При анализе работы схем на униполярных транзисторах по переменному току используется малосигнальная эквивалентная схема транзистора, изображенная на рис. 17а. Здесь Ш - внутреннее дифференциальное сопротивление транзистора (сопротивление канала], 5- крутизна стоко-затворной характеристики в рабочей точке, Сзн, Сзс и Сен - межэлектродные емкости транзистора, называемые соответственно входной, проходной и выходной. Эту схему можно преобразовать в эквивалентную ей (рис. 176], в которой фигурирует входная динамическая емкость транзистора Свхдин, определяемая соотношением Свхдин=Сзн+Сзс(1+К], где К - коэффициент усиления каскада по напряжению. На рис. 17в-д показаны эквивалентные схемы усилительного каскада отдельно для средних, высоких и низких частот. На средних частотах, когда реактивные компоненты схемы можно не учитывать, нетрудно получить формулу для коэффициента усиления по напряжению КиО=5(К1||Кс||Кн]. Учитывая, что в большинстве случаев Ш»Кс и Кн»Кс, КиО=5Кс.

Рис.17.Эквивалентные схемы униполярного транзистора а) и б),каскада с ЯС- связями на средних в),высоких г) и низких д) частотах

На высоких частотах нельзя пренебрегать емкостями, шунтирующими нагрузку. К ним относятся: выходная емкость рассматриваемого каскада, входная динамическая емкость транзистора следующего каскада (или емкость нагрузки] и паразитная монтажная емкость. Эти емкости включены между собой параллельно, поэтому в эквивалентной схеме рис. 17г емкость СО равна их сумме.

Постоянная времени ^/перезаряда заряда емкости СО равна: ^ =С0(Ш||Кс||Кн). Соответственно высшая граничная частота Гв полоса пропускания усилителя определяется как ?в = Расширить полосу пропускания усилителя в условиях, когда уже заданы Кн и тип транзистора,можно только за счет уменьшения Кс. Однако при этом уменьшается КиО.

На низких частотах становится заметным сопротивление разделительного конденсатора Ср. Постоянная времени перезаряда Ср как видно из эквивалентной схемы рис. 17д, равна =Ср(Ш||Кс+Кн), и если в качестве Кн выступает Кз последующего каскада, то Кн>>Кс, и тогда 2^"СрКн. Низшая граничная частота ?н полосы пропускания связана с следующим образом: Гн=^4^. Поэтому для расширения полосы пропускания усилителя в сторону низших частот нужно увеличивать Ср и Ян.

Амплитудные характеристики усилителя 11вх=?[11вх) по которым определяют КиО и 11вхмакс, обычно снимаются на средней ^«-(Т^^илй близкой к ней частоте.На этой частоте сдвиг по фазе между выходным и входным сигналами отсутствует, а влиянием реактивных компонентов на работу схемы можно пренебречь.

При усилении импульсных сигналов усилитель с ограниченной полосой пропускания (в пределах Гв -Гн ) искажает их форму. Если подать на вход усилителя идеальный прямоугольный импульс, то на выходе получится сигнал с длительностью фронта 7^ =2,2<5> и относительным спадом вершины 8*11 =АМ/Мт=7^/с^тр,е (II -абсолютный спад вершины импульса, а 11т и -соответственно амплитуда и длительность выходного импульса.)

Принципиальная схема широкополосного усилителя с цепями а) и его эквивалентные схемы на низких б) и высоких в) частотах

Рис.18 коррекции

В области низких частот эквивалентную схему выходной цепи усилителя можно представить как на рис. 186. Она построена (с целью упрощения анализа) в

Одним из путей расширения полосы пропускания усилителя, а следовательно, уменьшения искажения усиливаемых импульсных сигналов является дополнение усилителя специальными корректирующими цепями. Такие цепи представлены на принципиальной схема усилителя рис. 18а. Здесь Ка и Сф обеспечивают улучшение низкочастотных свойств усилителя, а Ьк - высокочастотных. Действие этих цепей основано на увеличении сопротивления нагрузки в выходной (стоковой) цепи транзистора на тех частотах, где в некорректированном усилителе наблюдался спад усиления.

предположении, что Кх и Кф значительно больше Кс. Из рассмотрения этой эквивалентной схемы вытекает, что выходное напряжение, определяемое формулой

~ [(^ )7 -+ ?СоСр)

не будет зависеть от частоты, если обеспечить равенство произведений КсСф и КнСр. Если же допустить, что КсСф < КнСр , то с уменьшением частоты будет наблюдаться не спад, а рост выходного напряжения (перекоррекция). Усилитель будет недокорректирован, когда КсСф >КнСр.

Добавление дросселя Ьк (элемент высокочастотной коррекции в стоковой цепи транзистора) позволяет получить в выходной цепи усилителя параллельный колебательный контур (рис. 18в). резонирующий на частоте которая выбирается

возле верхней граничной частоты некорректированного усилителя. Поскольку на резонансной частоте и возле нее сопротивление параллельного резонансного контура, близкое к4--^/^^где/’=У4е /С? оказывается больше модуля сопротивления 2с , стоящего в выходной цепи транзистора у некорректированного усилителя и выходное

напряжение корректированного усилителя возле (рез больше. Дня получения наилучшей форме переходной, амплитудно-частотной и фазочастотной характеристик добротность колебательного контура выбирается небольшой, т.е. чтобы коэффициент коррекции т=(2 находился в пределах 0,322...0,414.

Описание макета

Исследуемая схема представлена на рис. 19. Схема позволяет выполнять следующие эксперименты:

  1.  снимать статические и динамические стоко-затворные характеристики транзистора о целью правильного выбора положения рабочей точки транзистора. При этом изменяется напряжение источника С2 и регистрируется ток стока с помощью миллиамперметра И;
  2.  изменять сопротивления резисторов и емкости конденсаторов в выходной цепи транзистора с помощью переключателей, расположенных на передней панели макета;
  3.  связывать специальные клеммы, к которым подключены регистрирующие в приборы (милливольтметр и осциллограф) с любой контрольной точкой схемы спомощью специальных клавиш.

Исследование работы усилителя проводить при Ес, равном 10 В. В макете установлен маломощный транзистор КП103М с параметрами 5(1,3 мА/В; 11пср =4,0 В; Сзн = 20 пФ; Сзс = 8 пФ; Рмакс=120мВт. Остальные детали имеют следующие параметры:

К1= 1,00 кОм; К2= I кОм; К3= 2 кОм; К4= 100 кОм;

К5=910 кОм; К6= 100 кОм; С1 = 2200 пф; С2= 20 мкф;

I

С3= 0,1 мкф; С4= 750 пф; С5= 4700 пф; С6 = 1200 пф

С7= 300 пф, Ьк = 5500 мкГн.

Рис. 19. Схема макета лабораторной работы № 4

Подготовить к работе генератор стандартных сигналов, милливольтметр переменного тока, осциллограф и генератор прямоугольных импульсов.

Ознакомившись с назначением органов управления лабораторной установки и присоединив к ней измерительные приборы, подключить установку к сети.

  1.  Обеспечить работу усилителя в классе А.
  2.  Экспериментально определить коэффициент усиления усилителя по напряжению, и динамический диапазон усилителя 11вхмакс при различных Кс. Дать заключение, как влияет сопротивление Кс на КиО и Цвхмакс;
  3.  Собрать схему усилителя, имеющего наименьшую полосу пропускания. Снять и построить в полулогарифмическом масштабе АЧХ. Определить нижний и верхнюю граничные частоты.
  4.  Повторить п. 3 дня усилителя, имеющего наиболее широкую полосу пропускания (без цепей коррекции},
  5.  Дать заключение о влиянии параметров транзистора и деталей схемы на граничные частота полосы пропускания усилителя.
  6.  Расширить полосу пропускания усилителя (по сравнению с п.4] за счет применения цепей коррекции. Снять и построить АЧХ и оценить, на сколько при этом изменились граничные частоты.
  7.  Исследовать прохождение импульсного сигнала с параметрами (-и - 10 мкс и Г = 10 кГц через линейный усилитель для вариантов схе'мы п.З, п.4 и п.6. Оценить искажения формы прямоугольного импульса в каждом случае и найти по искажениям граничные частоты усилителя.
  8.  Рассчитать КиО, Гв , Гн для рассматриваемых вариантов усилителя и оценить относительную разность между вычисленными и экспериментально найденными значениями параметров.

Контрольные вопросы

  1.  Чем различаются между собой статические и динамические ВАХ униполярного транзистора?
  2.  Каковы источники НЧ и ВЧ искажений в усилителе?
  3.  Как расширить полосу пропускания усилителя?
  4.  Какие детали определяют коэффициент усиления по напряжению усилителя и его динамический диапазон?
  5.  Какова связь между граничными частотами полосы пропускания усилителя и искажениями формы прямоугольного импульса, усиливаемого им?

Литература

Манаеа Е.И. Основы радиоэлектроники. - М.: Радио и связь,1985. - С. 159-162,209-216.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

42270. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗРЕШАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ПРИЗМ 601 KB
  По критерию Релея раздельное наблюдение изображения 1 и 2 двух близко расположенных точечных объектов возможно когда расстояние x между ними равно радиусу центрального дифракционного кружка т. В этом случае контраст элементов результирующего изображения который вычисляется по формуле .26 показан объектив в фокальной плоскости которого построены дифракционные изображения 1 и 2 с расстоянием x между ними. Использование критерия Релея приводит к контрасту результирующего изображения К=026.
42271. Прилади й методи контролю метеорологічних умов на виробництві 128.5 KB
  До показників які характеризують метеорологічні умови мікроклімат належать: температура відносна вологість швидкість руху повітря теплої випромінювання. Пояснення термінів що є в таблиці 5: Холодний період року період року який характеризуєте середньодобовою температурою зовнішнього повітря рівною 10С і нижче. Теплий період року період року який характеризуєте середньодобовою температурою зовнішнього повітря вище 10С. Вимірювання температури повітря.
42273. Основы работы с интерфейсом оборудования Cisco 463 KB
  Новые приобретаемые навыки в работе с оборудованием Cisco: Изменение имени оборудования hostnme; Вход в привилегированный режим enble; Вход в режим конфигурации настроек configure terminl; Вход в режим конфигурирования линий консоль терминальные подключения line; Вход в режим конфигурирования интерфейсов виртуальный сетей interfce VLN ; Задание пароля для перехода в привилегированный режим enble secret; Задание ipадреса для интерфейса виртуальной сети коммутатором ip ddress ; Сохранение текущей...
42274. ИЗУЧЕНИЕ СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ КВАЗИЭЛЕКТРОННОЙ АТС “КВАНТ” 73.5 KB
  Изучение принципов построения и структурной схемы квазиэлектронной АТС Квантâ.Изучить принципы построения КЭ АТС Квантâ. Изучить конструкцию и технические характеристики КЭ АТС âКвантâ.
42275. КОНТРОЛЬ ФОРМЫ ПОЛИРОВАННЫХ СФЕРИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ТЕНЕВЫМ МЕТОДОМ 351 KB
  Форма волнового фронта падающего света должна быть известна заранее или соответствовать идеальной форме поверхности контролируемой детали. При отражении фронта световой волны от поверхности имеющей зональные и местные ошибки он деформируется в соответствии с видом и конфигурацией этих ошибок. Деформация h фронта: где  ошибка поверхности детали;  угол падения света на поверхность детали.
42276. Изучение программы Packet Tracer 5.1. Изучение интерфейса командной строки Cisco IOS 476.5 KB
  Введите e для отображения команд начинающихся с буквы e . Введите en. Введите команду enble в приглашение маршрутизатора. Введите c в приглашение CustomerRouter и нажмите клавишу Tb .
42277. Изучение структурных схем регистра и маркера ступеней АИ, ГИ АТСК-У 279 KB
  Изучить структурную схему АРБ АТСКУт и структурную схему маркера ступеней ГИ и АИ АТСКУ. Изучить комплектацию статива АРБ. Назначение и структурная схема АРБ. Абонентские регистры АРБ рассчитаны на прием шлейфных батарейных импульсов из аппаратов вызывающих абонентов и на выдачу информации многочастотным способом в маркеры координатных АТС и батарейным способом в приборы декадношаговых АТС.
42278. СКЛЕИВАНИЕ ЛИНЗ 408.5 KB
  Если например между положительной линзой из стекла марки К8 и отрицательной линзой из стекла марки ТФ1 будет воздушный промежуток то количество света отражаемого свободными поверхностями составит 18. Приведя поверхности в соприкосновение или заполнив промежуток между ними средой с показателем преломления равным или близким показателю преломления одной из линз потери света на отражение уменьшаются примерно до 10. Линзы в большинстве случаев склеивают веществами бальзамин М ОК72Ф ОК50 и др.