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

4639. Исследование характеристик диодов и стабилитронов 55 KB
  Исследование характеристик диодов и стабилитронов Цель работы. Научиться составлять и рассчитывать схемы включения полупроводниковых приборов, экспериментальным путем получить их вольтамперные характеристики. Подготовка к лабораторной работе...
4640. Фармакология, курс лекций 971.42 KB
  Педиатрическая фармакология – изучает особенности действия лекарств на детский организм. Перинатальная фармакология – изучает действие ЛС на плод (от 24 нед. до родов) и организм новорожденного (в первые 4 недели жизни). Гериатрическая фармакология – изучает особенности действия и применения ЛС у лиц пожилого и старческого возраста. Фармокогенетика – изучает роль генетических факторов в чувствительности организма к лекарствам.
4641. Вивчення основних схем включення операційних підсилювачів 132.5 KB
  Вивчення основних схем включення операційних підсилювачів Мета роботи: Ознайомитися з основними схемами включення операційних підсилювачів і методикою вибору їх параметрів Підготовка до лабораторної роботи та її виконання. Операційним підсилювачем...
4642. Наближені обчислення, рекурентні співвідношення, обґрунтування коректності 108.5 KB
  Наближені обчислення, рекурентні співвідношення, обґрунтування коректності Постановка задачі Завдання:Обчислити значень функції на інтервалі Результати оформити у вигляді таблиці...
4643. Принципи побудови кінематичної структури передавального механізму - коробки швидкостей 4.93 MB
  Мета роботи:ознайомитися з принципами побудови кінематичної структури передавального механізму (коробки швидкостей), застосуванням графоаналітичного методу кінематичного розрахунку приводу із ступінчастим регулюванням швидкостей. Кінемат...
4645. Аналіз діяльності Факультету соціології і права з позиції концепції життєвих циклів 386 KB
  Актуальність даної роботи полягає у необхідності гармонійного розвитку Факультету соціології і права, що був створений на основі двох різних факультетів, що мали свої власні особливості, методику та методологію навчання. Новостворений факульте...
4646. Світоглядна позиція В.А. Ющенка як керівника-стратега та перспективи України за його переконаннями і внутрішніми принципами 117 KB
  Розуміння природи управлінської праці й процесів управління; здатність мислити масштабно, перспективно; уміння розв’язувати нестандартні управлінські проблеми; уміння працювати з людьми, оволодіння мистецтвом управління людськими ресурсами; уміння використовувати сучасні інформаційні технології, засоби комунікацій та зв’язку;
4647. Організаційно-економічне обґрунтування діяльності дитячо-оздоровчого табору 399 KB
  Організаційно-економічне обґрунтування діяльності дитячо-оздоровчого табору Вступ Враховуючи екологію сьогоднішнього дня, та рівень захворюваності серед школярів, питання оздоровлення дітей та підлітків стоїть для України доволі гостро. Діти...