вф. лр1. Лабораторная работа 1 Исследование резисторного каскада предварительного усиления на биполярном транзисторе

• Название: Лабораторная работа 1 Исследование резисторного каскада предварительного усиления на биполярном транзисторе
• Дата: 20.02.2023
• Размер: 0.61 Mb.
• Имя файла: лр1.doc
• Тип: Лабораторная работа; #947886

Федеральное агентство связи

Сибирский Государственный Университет Телекоммуникаций и Информатики

Межрегиональный центр переподготовки специалистов

Лабораторная работа №1

«Исследование резисторного каскада предварительного усиления

на биполярном транзисторе»

Дисциплина: «Схемотехника телекоммуникационных устройств»

Выполнил: Матвеев В.В.

Группа: ЗБТ-91

Вариант: 7

Новосибирск, 2020 г

Отчет по лабораторной работе № 1

«Исследование резисторного каскада предварительного усиления на биполярном транзисторе»
Цель работы:

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

Принципиальная схема резисторного каскада приведена на рисунке 1.

Т ранзистор VT1 включен по схеме с общим эмиттером. Необходимый режим работы и стабилизации тока обеспечивается резисторами R2, R3, R5. При этом делитель напряжения R2,R3 создает требуемое напряжение смещения, а R5 предназначен для эмиттерной стабилизации постоянного коллекторного тока транзистора VT1. Через сопротивление R4 подается постоянное питающее напряжение от источника питания на коллектор VT1, кроме того, благодаря R4 усиленный сигнал поступает в нагрузку. Конденсаторы С1 и С2 разделяют по постоянному току входную и выходную цепи усилителя. Конденсатор С5 служит для устранения отрицательной обратной связи по переменному току за счет R5. Малая емкость в цепи эмиттера С4 создает частотно-зависимую отрицательную обратную связь, применяемую для коррекции частотной характеристики на верхних частотах. Резистор R1 эквивалентен внутреннему сопротивлению источника сигнала, а R6 служит нагрузкой для усилителя. Наконец, конденсатор С3 имитирует емкость нагрузки.



Рис. 1. Принципиальная схема лабораторной установки в формате Electronicsworkbench

Исходные данные:

Транзистор типа KT 3102А с параметрами: , , , ,напряжение источника питания ,ток покоя транзистора .

Результаты расчета:

1. 
   Коэффициент усиления по напряжению, сквозной коэффициент усиления каскада.
   

Эквивалентное сопротивление нагрузки по переменному току равно параллельному соединению сопротивлений R4 и R6:



Входное сопротивление транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером:

,

где r_э – активное сопротивление эмиттерного перехода, зависящее от режима работы транзистора

Для малошумящих транзисторов r_э определяется по эмпирической формуле:



Тогда

Коэффициент усиления по напряжению в области средних частот определяется по следующей формуле:



Сквозной коэффициент усиления по напряжению равен произведению коэффициента передачи входной цепи и коэффициента усиления каскада и определяется по формулам:

, где

Коэффициент передачи входной цепи:



Входное сопротивление каскада , представляет собой параллельное соединение входного сопротивления транзистора и сопротивлений делителя в цепи базы




Следовательно,

2. 
   Коэффициент частотных искажений каскада на частоте 40 Гц, обусловленной влиянием емкости в цепи эмиттера и разделительных конденсаторов и ).
   

Определить общий коэффициент частотных искажений, вносимых этими элементами. При этом учесть, что выходное сопротивление транзистора значительно больше сопротивления в цепи коллектора R₄.

Коэффициент частотных искажений, вносимых разделительными емкостями:









Для большой емкости в цепи эмиттера (при сравнительно небольших частотных искажениях, вызываемых цепочкой R_эС_э) коэффициент частотных искажений можно рассчитать по приближенному выражению:



где К_T – динамический коэффициент усиления по току, который в приближенных расчетах можно брать равным статическому коэффициенту усиления по току h_21э.





При этом общий коэффициент частотных искажений усилительного каскада определяется как

3. 
   Коэффициент частотных искажений на частоте 100 кГц, обусловленной динамической емкостью транзистора и емкостью нагрузки . Определить общий коэффициент частотных искажений, вносимых этими элементами.
   

Где



Частотные искажения, вносимые емкостью нагрузки С₃:





Общий коэффициент частотных искажений:

4. 
   Время установления переднего фронта прямоугольного импульса малой длительности . При этом считать, что переходные искажения в области малых времен определяется выходной цепью каскада:
   

где – эквивалентное сопротивление выходной цепи каскада, рассчитанное для диапазона верхних частот.

5. Спад плоской вершины прямоугольного импульса большой длительности . Общий спад плоской вершины прямоугольного импульса вследствие влияния разделительных емкостей равен:





Общий спад плоской вершины прямоугольного импульса вследствие влияния разделительных емкостей равен:



 Графики амплитудно-частотных характеристик.

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

• 
  при номинальных значениях С₂ и С₃ (соответственно 2,7мкФ и 500пФ);
  

• 
  при уменьшении С₂ и увеличении С₃ (соответственно 75 нФ и 900пФ);
  

б) для схемы с частотно-независимой обратной связью (С₅ и С₄ выключены)

• 
  при номинальных значениях С₂ и С₃ (соответственно 2,7мкФ и 500пФ);
  

в) с эмиттерной высокочастотной коррекцией (С₄ включен, С₅ выключен)

• 
  при номинальных значениях С₂ и С₃ (соответственно 2,7мкФ и 500пФ).
  

Осциллограммы выходного импульсного сигнала, данные измерений переходных искажений.
Исследовать переходные характеристики каскада в области малых времен . Измерения производятся с помощью осциллографа при подаче прямоугольных импульсов с частотой и амплитудой на вход исследуемого усилителя.
а) без коррекции и без обратной связи по переменному току (С₅ включен)

• 
  при номинальных значениях элементов;
  

• 
  при увеличении емкости нагрузки (С₃ = 900 пФ)
  

б) с эмиттерной высокочастотной коррекцией (С₅ выключен, С₄ включен)

• 
  при номинальном значении емкости нагрузки (С₃ =500пФ);
  

Исследовать переходную характеристику каскада для области больших времен , для чего подать с выхода генератора на вход схемы прямоугольные импульсы с частотой .
а) без коррекции (С₅ включен) – при номинальных значениях элементов;



Спад плоской вершины – 1,12 В

б) без коррекции, при уменьшении С₂ в 1,5 – 2 раза;



Спад плоской вершины – 1,34 В

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



Спад плоской вершины – 29,24 В

Вывод

В ходе лабораторной работы мы провели исследование влияния параметров элементов схемы каскада с эмиттерной стабилизацией на его показатели, рассчитали коэффициент усиления, частотные и переходные характеристики.

Наибольший коэффициент передачи по напряжению на средней частоте наблюдается в случае схемы без коррекции и обратной связи по переменному току, наименьший коэффициент передачи – в случае применения схемы с частотно-независимой обратной связью.

В области малых времен наименьшее время установления импульса наблюдается в схеме с эмиттерной высокочастотной коррекцией. При увеличении емкости нагрузки время установления импульса увеличивается.

В результате исследования переходной характеристики каскада для области больших времен было установлено, что в схемах с частотно-независимой обратной связью происходит наименьший спад плоской вершины. При уменьшении значения разделительной ёмкости С₂, спад плоской вершины увеличивается.