Исследование усилительного каскада топологическим методом
На рисунке 1 приведена схема усилительного каскада. Опишем назначение элементов схемы:
VT – активный элемент усилителя;
R1, R2 – сопротивления, обеспечивающие выбор рабочей точки транзистора;
Rk – нагрузка по постоянному току.
Re – обеспечивает ООС, и как следствие, температурную стабилизацию;
Rн – нагрузка усилительного каскада;
Cc – разделяющий конденсатор, ограничивает прохождение постоянной составляющей сигнала
Ce – элемент, обеспечивающий отсутствие ООС по переменному току;
Cн – емкость нагрузки.
Параметры всех элементов схемы приведены в таблице 1.
Рисунок 1 – Схема усилительного каскада
Таблица 1 - Параметры схемы
|
R1 |
R2 |
Rс |
Re |
Rн |
Rг |
C1 |
Cc |
Ce |
Cн |
|
кОм |
кОм |
кОм |
кОм |
кОм |
кОм |
мкФ |
мкФ |
мкФ |
пФ |
|
18 |
3,9 |
2 |
0,47 |
3,6 |
0,7 |
1,0 |
1,5 |
110 |
50 |
Тип транзистора: КТ503В
Необходимо составить эквивалентную схему усилительного каскада в области средних частот (СЧ), и определить коэффициент усиления K0.
В области средних частот сопротивления конденсаторов Cc, Ce малы, следовательно, на эквивалентной схеме они будут закорочены. Также, закорачиваем и источник постоянного напряжения Е.
Эквивалентная схема усилительного каскада в области СЧ приведена на рис. 3.
Рисунок 2 – Эквивалентная схема каскада в области СЧ для нахождения числителя формулы Мезона
Рисунок 3 – Эквивалентная схема каскада в области СЧ для нахождения знаменателя формулы Мезона
Коэффициент усиления K0 в области СЧ определим по формуле:
Коэффициент усиления в дБ:
Типовые значения h-параметров для заданного транзистора:
h11e = 1,4 кОм;
h21e = 75…135, для удобства расчета, принимаем h21e = 100;
Таким образом, коэффициент усиления K0 в области СЧ будет равен:
дБ
ОБЛАСТЬ НИЗШИХ ЧАСТОТ
С понижением частоты реактивные сопротивления конденсаторов C1, Ce и Cc увеличиваются (1.3), и их нужно учитывать:
Так, конденсатор Cc оказывает сопротивление выходному сигналу, C1 – входному сигналу, уменьшается шунтирующее действие конденсатора Ce на резистор Re, что уменьшает коэффициент усиления на низкой частоте (НЧ).
При частоте, близкой к нулю, эквивалентная схема каскада будет выглядеть так, как показано на рис. 4.
Рисунок 4 – Эквивалентная схема усилительного каскада на низкой частоте.
Частотные искажения, вносимые конденсаторами входной цепи C1, и связи Cc определяется выражением:
|
, |
где f – частота;
– постоянная времени;
Для входной цепи постоянная времени равна:
|
, |
где Rвх – входное сопротивление каскада;
Для конденсатора связи постоянная времени равна:
|
, |
Частотные искажения, вносимые эмиттерной цепью определяются из выражения:
где g=ReCe ; a=ReSes , где Ses – сквозная характеристика эмиттерного тока, равная:
кОм
с.
Данные расчета заносим в таблицу 2, изменяя частоту от 5 Гц до 60 Гц.
Результирующие частотные искажения определяются как произведение полученных частотных искажений:
, и с их учетом рассчитаем коэффициент усиления при изменении частоты:
или
|
|
Таблица 2 – Расчет АЧХ на низкой частоте
|
f, Гц |
5 |
10 |
20 |
40 |
60 |
80 |
100 |
150 |
200 |
250 |
|
M1 |
1,00 |
1,00 |
1,00002 |
1,00007 |
1,00016 |
1,00029 |
1,00045 |
1,00101 |
1,00179 |
1,00280 |
|
M2 |
1,000 |
1,000 |
1,000 |
1,001 |
1,003 |
1,006 |
1,009 |
1,020 |
1,035 |
1,054 |
|
M3 |
9,531 |
5,920 |
3,436 |
2,008 |
1,544 |
1,334 |
1,223 |
1,101 |
1,055 |
1,033 |
|
MH |
9,531 |
5,920 |
3,437 |
2,011 |
1,549 |
1,342 |
1,234 |
1,124 |
1,094 |
1,093 |
|
KH |
5,607 |
9,026 |
15,547 |
26,569 |
34,497 |
39,818 |
43,301 |
47,558 |
48,854 |
48,910 |
|
KH,дБ |
14,974 |
19,110 |
23,833 |
28,487 |
30,756 |
32,002 |
32,730 |
33,544 |
33,778 |
33,788 |
ОБЛАСТЬ ВЫСШИХ ЧАСТОТ
Эквивалентная схема каскада для высоких частот (ВЧ) не будет содержать конденсаторов C1, Ce и Cc, так как их сопротивления на высокой частоте близко к нулю.
Но, на высоких частотах, нужно учитывать емкость монтажа, Cм, межэлектродную емкость Ссе, а также, емкость нагрузки Cн.
Эквивалентная схема на ВЧ будет иметь вид, представленный на рис. 5.
Рисунок 5 – Эквивалентная схема каскада в области высоких частот
Определим частотные искажения каскада в области ВЧ:
где fh21e – граничная частота транзистора, в схеме с общим эмиттером;
τB=RC ;
С=Сce+CM+CH;
fh21e – справочное значение, равное 1 мГц;
Емкость Сce, – справочное значение, равная 20 пФ;
Емкость СМ принимаем равной 5 пФ.
кОм
Ф
С
Используя выражение (1.11), вычислим частотные искажения в диапазоне частот 50…800 кГц, данные расчета приведены в табл. 3.
Таблица 3 - Расчет АЧХ на высокой частоте
|
f, кГц |
50 |
100 |
500 |
1000 |
2000 |
3000 |
4000 |
5000 |
6000 |
9000 |
|
MВ |
1,000 |
1,000 |
1,005 |
1,027 |
1,181 |
1,596 |
2,322 |
3,341 |
4,630 |
10,021 |
|
Kв |
53,437 |
53,429 |
53,151 |
52,037 |
45,253 |
33,482 |
23,012 |
15,995 |
11,541 |
5,333 |
|
Кв, дБ |
34,557 |
34,556 |
34,510 |
34,326 |
33,113 |
30,496 |
27,239 |
24,080 |
21,245 |
14,539 |
По данным из таблиц 2, 3 построим АЧХ усилительного каскада. По оси ординат отложим частоту усиливаемого сигнала в логарифмическом масштабе, по оси абсцисс – коэффициент усиления в дБ.
Приложение 1
АЧХ усилительного каскада
Больше работ по теме:
Контрольная работа
Ключевые элементы на биполярних транзисторах
Контрольная работа
Конденсатор подстроечный с симметричным ротором
Контрольная работа
Магнитная запись информации
Контрольная работа
Мероприятия по защите сооружений связи
Контрольная работа
Предмет: Информатика, ВТ, телекоммуникации
Тип работы: Контрольная работа
Новости образования
22 Июля 2016 16:26
Более 70 представителей крупных вузов АСЕАН подтвердили участие в форуме во Владивостоке
22 Июля 2016 12:51
Абызов: публикация первичных статсведений снизит бюрократическую нагрузку на школы
22 Июля 2016 11:53
В Чечне свыше 200 школьников сдали ЕГЭ с результатом свыше 90 баллов - министр
22 Июля 2016 05:36
Замглавы Минобрнауки РФ: задача сократить число людей с высшим образованием не стоит
21 Июля 2016 20:19
КОНТАКТНЫЙ EMAIL: [email protected]
Скачать реферат © 2017 | Пользовательское соглашение
ПРОФЕССИОНАЛЬНАЯ ПОМОЩЬ СТУДЕНТАМ