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

83353. Роль прикметників у мовленні 296 KB
  Мета: повторити вживання апострофу, закріпити знання про прикметник як частину мови, актуалізувати його роль у мовленні; поглибити знання учнів про осінні явища, розкрити красу осінньої палітри природи; розвивати навички сприйняття, образне творче мислення, увагу, зв’язне мовлення...
83354. Урок розвитку зв’язного мовлення. Складання твору «Весна прийшла» 131 KB
  Мета. Формувати вміння та навички школярів складати текст-розповідь на визначену тему на основі власних спостережень використовуючи лексичні засоби; розвивати навички усного і писемного мовлення, уміння бачити і відчувати красу природи, заохочувати дітей до творчості, збагачувати словниковий запас...
83355. Перевірка орфограм у особових закінченнях, або ще раз про закон письма 105 KB
  Вчити школярів застосовувати алгоритм перевірки орфограм слабких позицій звуків у особових закінченнях дієслів; перевіряти орфограми слабких позицій звуків у різних частинах слів; вчити школярів обґрунтовувати свої думки; давати на запитання повні змістовні відповіді; робити висновки.
83356. Засоби зв’язку речень у тексті. Складання розповіді за малюнком і кінцівкою 39 KB
  Мета: узагальнити систематизувати знання учнів про текст розвивати уміння систематизувати зібраний матеріал добирати потрібні засоби для поширення речень вчити дітей уважно слухати і відповідати на питання; збагачувати словниковий запас розвивати зв’язки мовлення; виховувати любов до рідної природи...
83357. Написання стислого переказу «Старий пень» 54 KB
  Мета. Вдосконалювати вміння учнів послідовно і стисло передавати зміст тексту, виділяти головне, суттєве, усуваючи другорядні деталі. Розвивати навички мовленнєвої діяльності. Виховувати почуття дружби. Тип уроку: урок вдосконалення вмінь і навичок.
83358. Повторення вивченого про прикметник. Спостереження за роллю прикметників у мовленні 94 KB
  Хто це Чому ви думаєте що це осінь Доведіть свою думку. Які слова допомогли вам уявити осінь Як називаються словащо означають ознаки предмета Які у вас виникають асоціації коли ви чуєте слово осінь Дощ вітер падолист багрянець ключ золото краса сум.
83359. Тренувальні вправи на використання прикметників у мовленні. Опис тварини 80.5 KB
  Мета уроку. Закріплювати знання про прикметник, про роль прикметників в усному і писемному мовленні, удосконалювати вміння учнів складати речення з прикметниками, працювати над удосконаленням орфографічної грамотності, вчити визначати відмінки, розвивати образне мислення. Виховувати любов до природи.
83360. Зв’язок прикметників з іменниками в реченні. Повторення вивченого про прикметники у мовленні 48.5 KB
  Мета: повторити раніше вивчені відомості про прикметник; закріплювати в учнів поняття про прикметник як частину мови, про його роль у мовленні; розвивати мову, спостережливість, інтерес до навчання; виховувати любов до природи.
83361. Частини мови. Займенник. Розвиток пізнавальної компетентності в учнів 4 класу на уроках української мови 77.5 KB
  Морська трава – дуже корисний продукт харчування. В морській траві багато вітамінів, необхідних дітям, щоб рости великими і дужими. З морської трави можна готувати салати, закуски, варити суп. Крім того, з морської трави можна виготовляти папір і тим самим зберігати ліси.