Исследование усилительного каскада топологическим методом

Тип работы:
Контрольная
Предмет:
Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

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

Re

C1

Cc

Ce

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

1,2

1,7

1,16

1,29

1,45

1,101

1,179

1,280

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;

фB=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

1,000

1,000

1,005

1,027

1,181

1,596

2,322

3,341

4,630

10,021

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

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой