Исследование резисторного каскада предварительного усиления на биполярном транзисторе

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по рыболовству

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Астраханский государственный технический университет»

Институт информационных технологий и коммуникаций

Направление подготовки 11.03.02 Инфокоммуникационные технологии и системы связи

Профиль Системы мобильной связи

Кафедра Связь

Лабораторная работа № 1

«Исследование резисторного каскада предварительного усиления на биполярном транзисторе»

по дисциплине: СХЕМОТЕХНИКА

Работу выполнил

студент группы ДИСМБ-31

Бадашев Сергей Александрович

Вариант 2

Астрахань 2022

Цель работы

Исследовать влияние параметров элементов схемы каскада с эмиттерной стабилизацией на его показатели (коэффициент усиления, частотные и переходные характеристики).

Ход работы

Расчет параметров резисторного каскада в MathCAd'e

Таблица 1 - Варианты значений емкостей

Рисунок 2 - Принципиальная схема лабораторной установки в формате Electronics workbench

Произвести измерения логарифмической АЧХ для следующих вариантов:

а) без коррекции и без обратной связи по переменному току (С5 включен):

· при номинальных значениях С2 и С3 (соответственно 4,5мкФ и 300пФ);

fн = 409 Гц

fв = 1,25 * 10--⁶ Гц

K = 44 дБ

· при уменьшении С2 и увеличении С3 (соответственно 125 нФ и 540пФ);

fн = 719 Гц

fв = 824,8 * 10--³ Гц

K = 43,97 дБ

б) для схемы с частотно-независимой обратной связью (С5 и С4 выключены) при номинальных значениях С2 и С3 (соответственно 4,5мкФ и 300пФ);

схема каскад эмиттерная стабилизация

fн = 33,36 Гц

fв = 2,024 * 10--⁶ Гц

K = 11,91, дБ

в) с эмиттерной высокочастотной коррекцией (С4 включен, С5 выключен) при номинальных значениях С2 и С3 (соответственно 4,5мкФ и 300пФ).

fн = 40,9 Гц

fв = 31,007 * 10--⁶ Гц

K = 21,47 дБ

Исследовать переходную характеристику каскада в области малых времен

t_и = 5 мкс

f_с = 100 кГц

U_{m ист} = 20 мВ

Исследовать переходные характеристики для следующих вариантов:

а) без коррекции и без обратной связи по переменному току (С5 включен)

· при номинальных значениях элементов;

t_y = 1,2264 мкс

· при увеличении емкости нагрузки (С3 = 540 пФ);

t_y = 1,7025 мкс

б) с эмиттерной высокочастотной коррекцией (С5 выключен, С4 включен) при номинальном значении емкости нагрузки (С3 = 300 пФ);

t_y = 342,23 нс

Исследовать переходную характеристику каскада для области больших времен, для чего подать с выхода генератора на вход схемы прямоугольные импульсы:

tи = 2500 мкс

f_с = 200 Гц.

Исследовать переходные характеристики для следующих вариантов:

а) без коррекции (С5 включен) - при номинальных значениях элементов;

t_y = 268,43 нс

б) без коррекции, при уменьшении С2 = 2,25 мкФ в 1,5 - 2 раза;

t_y = 2,01 нс

в) с частотно-независимой обратной связью (C4 и С5 выключены) - при номинальных значениях элементов схемы.

t_y = 1,9052 нс

Контрольные вопросы

1. Изобразить принципиальную схему резисторного каскада на биполярном транзисторе и пояснить назначение элементов схемы.

2. Для схемы резисторного каскада показать пути прохождения постоянных и переменных составляющих токов.

Предположим, что усилительный каскад является промежуточным каскадом многокаскадного усилителя.

Рисунок Схемы резисторного усилителя напряжения на биполярном транзисторе: б - схема с фиксированным напряжением базы

Резистор R_к является коллекторной нагрузкой транзистора. Он обеспечивает динамический режим работы транзистора - режим усиления. Конденсатор С₂(С₁) называется разделительным. Этот конденсатор отделяет по постоянной составляющей базу транзистора последующего каскада, имеющую низкий потенциал, от коллектора транзистора предыдущего каскада, имеющего высокий потенциал, и служит для передачи переменного напряжения с коллектора предыдущего транзистора на базу последующего. Резисторный усилитель напряжения работает в режиме класса А.

В простейшем резисторном усилителе напряжения на биполярном транзисторе напряжение смещения на базе транзистора U_б0, задающее рабочую точку на середине прямолинейного участка динамической входной характеристики, создается с помощью дополнительного источника Е_б. Для упрощения и удешевления схемы смещение во входные цепи транзисторов целесообразно подавать от источника коллекторного питания, при этом усилитель будет иметь только один источник питания [7,8,9].

На рис.,б смещение на базу подается от делителя напряжения, образуемого резисторами R₁ и R₂ и подключенного к источнику коллекторного питания. Если сопротивление делителя, равное по отношению к цепи базы параллельному соединению R₁ и R₂, много меньше сопротивления участка «база - эмиттер» постоянному току, напряжение смещения U_б0 практически не будет меняться при изменении температуры, старении и замене транзистора [10]. Этот способ смещения называют смещением фиксированным напряжением участка «база - эмиттер». Для устранения влияния тока базы I_б0 на напряжение U_б0 необходимо, чтобы ток делителя I_Д >> I_б0. Тогда, как уже говорилось выше, ни изменение температуры, ни старение и замена транзистора не изменят напряжение U_б0. Однако для выполнения неравенства I_Д >> I_б0 приходится уменьшать сопротивление делителя R₁, R₂, что приводит к снижению входного сопротивления схемы и увеличению потребления тока от источника питания. Напряжение смещения

U_б0 = - Е_к + U_R1= - Е_к + (I_Д+I_б0)R₁.

3. Объяснить, как происходит инвертирование напряжения сигнала при усилении в схеме включения транзистора с ОЭ.

При увеличении сигнала (напряжения) на базе транзистора он открывается - падение напряжения на нем уменьшается, а на нагрузке в цепи коллектора (типа резистор) увеличивается, а в точке соединения коллектора с нагрузкой относительно "земли" напряжение падает, вот вам и инвертирование

4. Изобразить принципиальную схему двухкаскадного усилителя с резисторно-емкостной связью между каскадами.

Резистивно-емкостные каскады усиления обычно используются в схемах предварительных усилителей. Они обладают следующими достоинствами: простотой, малыми размерами и весом, хорошей АЧХ и переходной характеристикой. Для резисторных каскадов предварительного усиления пригодны любые маломощные усилительные элементы с высоким коэффициентом усиления, на рис. 5.8 показана схема двухкаскадного усилителя с резистивно-емкостной связью.

Рис. 5.8. Принципиальная схема двухкаскадного усилителя с резистивно-емкостной связью.

Резисторно-емкостную межкаскадную связь применяют в усилителях переменного тока. Напряжение усиливаемого сигнала переменного тока подается на вход первого каскада и передается на последующие каскады через разделительный конденсатор С_р, который препятствует передаче постоянной составляющей напряжения с выхода каскада (или источника сигнала) на вход следующего каскада и в нагрузку. Постоянная составляющая в каждом каскаде усилителя определяет его режим работы и коэффициент усиления. При подаче на вход усилителя сигнала переменного.

5. Объяснить частотные свойства транзистора. Изобразить и пояснить упрощенную эквивалентную схему транзистора для широкой полосы частот в системе физических параметров.

Представлена упрощенная физическая малосигнальная эквивалентная схема транзистора, включенного по схеме с общим истоком, а подложка соединена с истоком.

Сзи - емкость между затвором и истоком;

Сзс - емкость между затвором и стоком;

Сси - емкость между стоком и истоком(подложкой).

В этой схеме резистор Ri характеризует внутреннее дифференциальное сопротивление транзистора, а конденсаторы характеризуют следующие емкости:

В отличие от биполярных транзисторов в полевых транзисторах не происходит накопление заряда, который бы определял частотные свойства. Однако, как видно по схеме замещения имеются паразитные конденсаторы С_зии С_зс,и заряд этих конденсаторов будет влиять на частотные свойства полевого транзистора.

Генератор тока SUзи отражает усилительные свойства транзистора. Ток этого генератора пропорционален входному напряжению Uзи.

6. Построить выходные динамические характеристики каскада (нагрузочные прямые) для постоянного и переменного токов.

7. Изобразить эквивалентные схемы входной и выходной цепи каскада для широкой полосы частот.

Рис. 5.10. Эквивалентная схема резистивного каскада для широкой полосы частот на ПТ.

На рис. 5.10 обозначено: R_i - внутреннее сопротивление ПТ; С_ВЫХ - выходная ёмкость УЭ; R_С - сопротивление в цепи стока; R_З.СЛ (R_Н) - сопротивление в цепи затвора (нагрузка) следующего каскада; С_М - ёмкость монтажа; С_{ВХ.ДИН.СЛ} - динамическая ёмкость Следующего УЭ (ёмкость нагрузки).

8. По эквивалентной схеме для области нижних частот объяснить причины частотных искажений.

В области НЧ влияют:

Разделительные ёмкости ;

Ёмкости в цепи эмиттера, истока: , .

Ёмкости фильтров .

Причем уменьшение этих емкостей увеличивает частотные искажения.

9. Изобразить переходные характеристики каскада в области больших и малых времен. Объяснить причины переходных искажений. Какими параметрами они оцениваются?

Переходные характеристики каскада в области малых времен:

Переходные характеристики каскада в области больших времен:

Причиной их появления являются те же параметры линейных реактивных элементов, сопротивление которых зависят от частоты.

Оцениваются параметром:

10. Объяснить влияние эмиттерной высокочастотной коррекции с помощью малой емкости в цепи эмиттера на частотную и переходную характеристики.

АЧХ: Малая емкость в цепи эмиттера значительно увеличивает полосу пропускания, однако в области верхней границы наблюдается небольшие искажения, помимо этого, падает коэффициент усиления по напряжению (остается в пределах нормы сквозного коэффициент усиления).

ПХ: на осциллограмме видно, что при использовании эмиттерной высокочастотной стабилизации длительность переходного процесса сильно сокращается.

Размещено на Allbest.ru