Материал: Радиотехнические цепи и сигналы для дистанционного обучения. Останков А.В
|
|
|
|
|
Таблица 12 |
|
|
|
|
|
|
|
Конфигурация схемы и параметры элементов усилителя |
||||
|
|
|
|
|
|
N |
Тип |
Способ |
Напряжение |
Напряжение |
Нагрузочное |
|
транзи- |
обеспечения |
смещения, |
питания, В |
сопротивление, |
|
стора |
смещения |
В |
|
Ом |
1 |
2N3904 |
рис. 31,а |
0.87 |
20 |
200 |
|
|
|
|
|
|
2 |
2N4286 |
рис. 31,б |
0.80 |
10 |
150 |
|
|
|
|
|
|
3 |
2N2222A |
рис. 31,а |
1.00 |
35 |
50 |
|
|
|
|
|
|
4 |
BC850B |
рис. 31,б |
0.78 |
50 |
500 |
|
|
|
|
|
|
5 |
2N3904 |
рис. 31,б |
0.95 |
20 |
100 |
|
|
|
|
|
|
6 |
2N4286 |
рис. 31,а |
0.78 |
10 |
200 |
|
|
|
|
|
|
7 |
2N2222A |
рис. 31,б |
0.87 |
25 |
75 |
|
|
|
|
|
|
8 |
BC850B |
рис. 31,а |
0.80 |
45 |
300 |
|
|
|
|
|
|
9 |
2N3904 |
рис. 31,а |
0.90 |
30 |
200 |
|
|
|
|
|
|
10 |
2N4286 |
рис. 31,б |
0.81 |
20 |
250 |
|
|
|
|
|
|
11 |
2N2222A |
рис. 31,а |
0.95 |
45 |
100 |
|
|
|
|
|
|
12 |
BC850B |
рис. 31,б |
0.75 |
30 |
600 |
|
|
|
|
|
|
13 |
2N3904 |
рис. 31,б |
0.88 |
30 |
300 |
|
|
|
|
|
|
14 |
2N4286 |
рис. 31,а |
0.82 |
25 |
300 |
|
|
|
|
|
|
15 |
2N2222A |
рис. 31,б |
1.10 |
15 |
20 |
|
|
|
|
|
|
Напряжение смещения на управляющем электроде (базе) транзистора обеспечивается либо с помощью резистора R1 (фиксированным током), либо посредством делителя напряжения (фиксированным напряжением), состоящим из двух резисторов R1 и R2. Если используется последний способ реализации смещения, необходимо подключить резистор R2 к схеме с помощью управляемого клавишей «1» переключателя S1.
Параллельно нагрузочному сопротивлению R3 (величина которого зависит от номера варианта, табл. 12) имеется возможность подключать ёмкость С2 (переключателем S2, управляемым клавишей «2»), имитирующую совокупную ёмкость нагрузки и переходов транзистора. Величина ёмкости С2 может быть легко изменена в ходе эксперимента нажатием клавиш «N» (для уменьшения) или «Shift» + «N» (для увеличения).
Имеется возможность подключать на выход (переключатель S3, клавиша «3») переменную разделительную ёмкость С4, управляемую клавишами «С» или «Shift» + «С».
40
4.4.Задания и указания к их выполнению
4.4.1.Подготовка усилителя к экспериментальному исследованию
Установить заданную конфигурацию и параметры элементов схемы усилителя.
После загрузки схемного файла «Resistance amplifier.ewb» выяснить из табл. 12 конкретный тип Вашего транзистора и установить его, активировав меню «Component Properties» (после выделения транзистора) и выбрав из библиотек 2n, 2n3xxx, nationl2 или zetex нужную модель.
Установить заданные напряжение источника питания (источник Е, рис. 26) и нагрузочное сопротивление (R3, рис. 26).
Проверить положение переключателей. Переключатель S2 должен находиться в нижнем положении, переключатель S3 — в верхнем положении.
Для обеспечения смещения на управляющем входе транзистора по схеме рис. 20, а переключатель S1 (рис. 26) оставить в разомкнутом состоянии (левое положение). Если же заданием предусмотрена реализация смещения по схеме на рис. 20, б, переключатель S1 следует перевести в замкнутое состояние (правое положение) клавишей «1».
Обеспечить подачу на базу транзистора заданного постоянного напряжения смещения.
Используя данные табл. 13 и формулы на рис. 20, рассчитать примерные значения элементов цепи смещения: сопротивления резистора R1 — при смещении током базы (рис. 20, а), сопротивлений резисторов R1, R2 — при подаче смещения с помощью делителя напряжения (рис. 20, б). Результаты расчёта внести в отчёт.
|
|
|
|
|
|
Таблица 13 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Тип |
|
Параметры транзистора |
||||
|
|
|
в заданном режиме |
|
|
||
N |
транзи- |
UБ 0, В |
|
|
|
||
|
стора |
|
IБ 0, мкА |
IК 0, мА |
h21 Э |
|
Ri, кОм |
1 |
2N3904 |
0.87 |
460 |
56.5 |
85 |
|
4.0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
2N4286 |
0.80 |
305 |
39.5 |
80 |
|
1.7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
2N2222A |
1.00 |
3440 |
408 |
80 |
|
1.8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
BC850B |
0.78 |
185 |
58.0 |
260 |
|
3.9 |
5 |
2N3904 |
0.95 |
1800 |
135 |
45 |
|
2.1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
2N4286 |
0.78 |
155 |
26.5 |
110 |
|
2.6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
2N2222A |
0.87 |
1145 |
179 |
120 |
|
2.4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
41
|
|
|
|
|
Окончание табл. 13 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Тип |
|
Параметры транзистора |
|
|
|||
|
|
|
в заданном режиме |
|
|
|||
N |
транзи- |
UБ 0, В |
|
|
|
|||
|
стора |
|
IБ 0, мкА |
IК 0, мА |
h21 Э |
|
Ri, кОм |
|
|
|
|
|
|
||||
8 |
BC850B |
0.80 |
255 |
76.5 |
230 |
|
3.6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9 |
2N3904 |
0.90 |
795 |
85.0 |
70 |
|
3.3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
2N4286 |
0.81 |
420 |
50.5 |
70 |
|
1.4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
11 |
2N2222A |
0.95 |
2415 |
316 |
235 |
|
1.8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
12 |
BC850B |
0.75 |
105 |
32.5 |
270 |
|
4.6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
13 |
2N3904 |
0.88 |
560 |
65.5 |
80 |
|
3.7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
14 |
2N4286 |
0.82 |
575 |
60.5 |
60 |
|
1.1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
15 |
2N2222A |
1.10 |
6885 |
585 |
55 |
|
1.1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
После разумного округления расчётных значений установить номинальные значения сопротивлений в цепи смещения.
Измерить постоянное напряжение смещения на базе транзистора, выполнив команду «DC Operating Point» меню «Analysis» (смотреть напряжение в ноде 2). Если измеренное напряжение отличается от требуемого (не исключено, что так и будет), следует уточнить (последовательным перебором) значение сопротивления R1 (при смещении током) или сопротивления R2 (при смещении делителем). Для этого разумно автоматизировать процесс, сняв зависимость напряжения смещения от величины сопротивления, номинальное значение которого следует уточнить. Зависимость несложно получить, активировав команду «Parameter Sweep ...» меню «Analysis» и установив следующие исходные данные для выполнения: Component = R1 или R2; Parameter = Resistance; Output node = 2; Sweep for: DC Operating Point (остальные параметры по прил. 1). Используя полученную зависимость определить уточнённое значение искомого сопротивления и установить его в моделируемой схеме. Убедиться, что напряжение смещения соответствует требуемому (с точностью до сотых В), вновь активировав команду «DC Operating …». Зафиксировать и занести в отчёт постоянное напряжение на коллекторе транзистора (Q1#collector).
4.4.2. Исследование условий режима линейного усиления
Убедиться, что рабочая точка располагается на линейных участках вольтамперных характеристик транзистора.
Установить амплитуду входного колебания (параметр Amplitude функционального генератора) равной 5...10 мВ, тип колебания – гармонический, частоту равной (9 + N) кГц (N – номер варианта). Произвести моделирование. Изучить и
42
зарисовать в масштабе осциллограмму выходного напряжения. Убедиться в том, что оно по форме соответствует гармоническому колебанию.
Определить максимальную амплитуду усиливаемого гармонического колебания, при которой усилитель ещё работает в линейном режиме.
Постепенно увеличивать в процессе моделирования амплитуду входного напряжения. Следить за формой выходного колебания, воспроизводимого на экране осциллографа. Как только выходное напряжение станет отличаться по форме от гармонического (рис. 27), зафиксировать в отчёт максимальную амплитуду (Um ВХ max), при которой искажения колебания еще отсутствуют.
асимметрия верхней и нижней
полуволн
t |
|
t |
iK |
|
iK |
u |
ограничение макси- |
u |
|
мального значения |
|
Рис. 27
Зарисовать в отчёт осциллограмму выходного напряжения при амплитуде
входного сигнала на (20-25) % бо́льшей Um ВХ max, т. е. такой, при которой нелинейные искажения уже заметны и свидетельствуют о переходе усилителя в не-
линейный режим.
4.4.3. Исследование усилительных способностей апериодического усилителя в полосе частот
Измерить коэффициент усиления цепи и сопоставить его с расчётным значением.
Установить на входе усилителя амплитуду гармонического колебания примерно равной ¼ от величины Um ВХ max, найденной ранее (с разумным округлением в меньшую или большую сторону; например, если Um ВХ max = 43 мВ, то амплитуду можно взять равной 10 мВ). Частоту гармонического колебания оставить прежней — (9 + N) кГц. Произвести моделирование. Измерить амплитуду выходного напряжения в установившемся режиме (спустя 3...5 периодов). Определить коэффициент усиления, разделив амплитуду выходного напряжения на амплитуду входного. Занести полученные данные в отчёт.
Рассчитать коэффициент усиления линейного апериодического усилителя по формуле (23). Для оценки крутизны статической проходной характеристики задействованного транзистора использовать приведенные на рис. 28 усреднённые зависимости крутизны прибора S от напряжения смещения UБ 0 на его
43
управляющем электроде. Выходное дифференциальное сопротивление транзистора взять из табл. 13. Сравнить результаты расчёта и виртуального эксперимента. Сделать соответствующие выводы.
2.00 |
S,A/B |
2N2222A |
|
||
|
|
||||
1.75 |
|
|
|
||
1.50 |
|
2N4286 |
BC850B |
|
|
|
|
|
|||
1.25 |
|
|
|
|
|
1.00 |
|
|
|
|
|
0.75 |
|
|
|
2N3904 |
|
|
|
|
|
|
|
0.50 |
|
|
|
|
|
0.25 |
|
|
|
UБ 0,B |
|
|
|
|
|
||
0.6 |
0.7 |
0.8 |
0.9 |
1 |
|
|
|
|
Рис. 28 |
|
|
Выявить экспериментальную зависимость коэффициента усиления от величины нагрузочного сопротивления.
Уменьшить величину нагрузочного сопротивления (R3, рис. 26) сначала на 20 %, затем на 40 %. Определить в обоих случаях коэффициент усиления усилителя. По трём точкам построить зависимость коэффициента усиления от сопротивления нагрузки. Сделать вывод.
Снять частотные характеристики усилителя в широкой полосе частот.
Установить амплитуду усиливаемого гармонического колебания 1 мВ. Активировать команду «AC Frequency ...» меню «Analysis». Установить в диалоговом окне следующие параметры: Start frequency = 1 Гц, End frequency = 1 ГГц
— минимальное и максимальное значение частоты; Sweep type — масштаб оси частот — линейный (Linear); Number of point = 1000; Vertical scale — масштаб по вертикали — линейный (Linear); Nodes for analysis = 6 (подробно назначение параметров команды описаны в прил. 1). Нажать кнопку «Simulate». Зарисовать в отчёт появившиеся в окне частотные характеристики. Поскольку верхняя кривая представляет собой зависимость амплитуды выходного напряжения от частоты, то для того, чтобы получить АЧХ усилителя значения всех точек кривой следует разделить на амплитуду входного напряжения (1 мВ). Нижняя кривая соответствует ФЧХ. При снятии значений целесообразно использовать визирные линии. Прокомментировать результаты частотного анализа.
Повторно активировать команду «AC Frequency ...». Однако теперь масштаб по оси частот (Sweep type) указать декадный (Decade), масштаб по верти-
44