- •Исследование аналоговых каскадов на дискретных элементах методом схемотехнического моделирования
- •Воронеж 2004
- •Печатается по решению редакционно – издательского совета Воронежского государственного технического университета.
- •Лабораторная работа № 1
- •1 . Базовые каскады аналоговой дискретной схемотехники на биполярных транзисторах.
- •2. Методика расчёта базовых каскадов по постоянному току
- •2.1. Расчёт показателей каскадов методом схемотехнического
- •2.2. Аналитический метод анализа
- •4. Домашнее задание Исходные данные
- •Приращение токов в стабилизированных каскадах:
- •5. Лабораторное задание
- •6. Содержание отчета
- •7. Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 2
- •1. Цель работы
- •2. Домашнее задание
- •3. Моделирование.
- •4. Содержание отчета.
- •5. Контрольные вопросы.
- •Исследование базового каскада (lr2)
- •Справочная информация
- •1.1. Цель работы
- •1.2. Домашнее задание
- •1.3. Исходные теоретические данные
- •Откуда частота среза
- •Граничная частота полосы пропускания выходной цепи равна
- •2.4. Описание исследуемых схем
- •2.5 Лабораторное задание и методические указания к его выполнению
- •2.6. Содержание отчета
- •2.7. Контрольные вопросы
- •1. Цель работы:
- •2. Домашнее задание
- •3.4. Структурные схемы каскадов с ос основных типов
- •Нелинейные искажения, оцениваемые коэффициентом гармоник Кr для усилителя с обратной связью определяем:
- •4. Описание исследуемой схемы.
- •7. Контрольные вопросы.
- •Исследование аналоговых каскадов на дискретных элементах методом схемотехнического моделирования методические указания
2.6. Содержание отчета
Отчет по работе № 3 должен содержать:
домашнее задание;
схемы исследуемых каскадов( используются из работы №1);
АЧХ по п.п. 1 и 2 на одном графике;
АЧХ по п.п. 2 и 3 на одном графике;
результаты измерений искажений по п.п. 46;
АЧХ по п.п. 1,8,9,10 на одном графике;
анализ и краткие выводы по каждой группе измерений к работе в целом.
59
2.7. Контрольные вопросы
Что является причиной и от чего зависит явление частотных искажений в области верхних частот?
То же, в области нижних частот.
Как скажется изменение величины сопротивления нагрузки на частотные искажения?
Как влияет сопротивление источника сигнала на АЧХ усилителя?
Что является основным ограничением полосы пропускания в каскадах с ОЭ?
Почему для построения широкополосных усилителей используются каскады ОБ?
Почему в каскадах ОБ важно иметь короткозамкнутую цепь базы?
Каковы особенности частотных искажений каскадов ОК?
Почему в каскаде на полевом транзисторе емкости разделительных и блокировочного конденсаторов значительно меньше, чем аналогичных конденсаторов в каскадах на биполярных транзисторах?
Приложение.
Расчёт электрических параметров БПТ по переменному току при всех способах его включения в схему на основе
Н – параметров для схемы с ОЭ (точные соотношения)
Схема каскада с ОЭ
, , , ,
60
Схема каскада с ОБ
,
, ,
Схема каскада с ОK
, ,
, ,
Расчёт электрических параметров БПТ по переменному току при всех способах его включения в схему на основе физических параметров транзистора
Схема каскада с ОЭ
, ,
,
61
Схема каскада с ОБ
, ,
, ,
.
Схема каскада с ОК
, ,
, ,
Расчёт электрических параметров БПТ по переменному току при всех способах его включения в схему на основе Н – параметров для схемы с ОЭ (приближённые соотношения)
Схема каскада с ОЭ
, ≈ β, ≈ h11Э, ,
62
Схема каскада с ОБ
, , ,
,
Схема каскада с ОК
≈ α, - (1+β), ,
, .
Лабораторная работа № 4
Исследование влияния ООС на параметры аналогового каскада на БПТ
1. Цель работы:
Целью работы является исследование влияния различных видов отрицательной обратной cвязи на параметры и характеристики транзисторных каскадов.
2. Домашнее задание
Изучить теоретические разделы курса [I , с. 47-67] ,[2, с. 52-75] или [3, с. 60-66], соответствующий материал, рассмотренный на лекциях и практических занятиях. Ознакомиться с содержанием и методикой выполнения лабораторной работы по данному руководству, изучить схемы исследуемых каскадов. Выполнить следующие расчеты.
1. Используя теоретические и экспериментальные данные лабораторных работ № 3 или № 2, рассчитать коэффициент усиления КU , входное RВХ и выходное сопротивление RВЫХ базового каскада с 0Э (рис.3.2), охваченного отрицательной обратной связью Y- типа. Если этих данных у Вас нет, то возьмите данные, представленные ниже: сопротивление обратной Y
63
связи ROS = Г,N кOм. Параметры транзистора: rв = ( Г - 0,SN) кОм; rэ = 0, 6N кОм; h21э= ГN0, rK = Г, N Mom. Номиналы элементов схемы: Rэ = 0; Rк= N,S кОм; RB2 = (5 + N) кОм; RB1 = 9NкОм; Rн = N,Г кОм; Rист = S0 Ом.
2. Рассчитать коэффициент усиления, входное и выходное сопротивление каскада 0Э (рис.1.6,а), охваченного отрицательной обратной связью Z – типа (для S – чётных) или Н – типа (для S – чётных), (Рис. 3.3).
(RЭ = 0,Г от RК – элемент обратной Z связи); (RЭ = 0,(N – Г) от RК – элемент обратной H связи; RK = 0,S кОм), (Рис. 3.4).
3. Подготовить таблицы для записи измерений и графики для построений частотных характеристик с логарифмическим масштабом частоты.
3.ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ. ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Обратной связью называют связь между цепями усилителя, посредством которой усиливаемый сигнал передается в направлении, обратном нормальному, т. е. не из предыдущих каскадов и цепей в последующие, а, наоборот, от конца усилителя к его началу (рис. 1). Обратная связь может появиться в усилителе по трем причинам:
1) из-за физических свойств и устройства усилительных элементов (внутренняя обратная связь);
Рис. 3.1. Усилитель с обратной связью.
Схема электрическая структурная
2) из-за введения в схему специальных цепей (внешняя обратная связь);
3) вследствие паразитных емкостных, индуктивных и других связей, создающих пути для обратной передачи сигнала (паразитные обратные связи1).
Все виды обратной связи могут очень сильно изменять свойства усилителя. Как внутренними, так и паразитными связями нельзя управлять, и они нередко изменяют свойства усилителя в нежелательном направлении, например, приводят к самовозбуждению усилителя. Внешняя же обратная
64
связь легко управляема, и ее вводят для улучшения свойств усилителя: повышения стабильности коэффициента усиления, снижения искажений всех видов, уменьшения собственных помех и т. д.
Рис. 3.2. Виды обратной связи:
а — однопетлевая; б — двухпетлевая с независимыми петлями; в — многопетлевая с местной петлей
Замкнутый контур, образуемый цепью обратной связи и частью схемы усилителя, к которой эта цепь присоединена, называют петлей обратной связи. Если в усилителе имеется только одна петля обратной связи, связь называют однопетлевой или одноканальной (рис. 3.2.а), если петель несколько, обратную связь называют многопетлевой или многоканальной (рис. 3.2.6 и в). Связь, охватывающую один 'каскад усилителя, нередко называют местной обратной связью (рис. 3.2.в).
Цепь обратной связи (ОС) можно присоединить к входу и выходу схемы разными способами. Если цепь ОС присоединить к выходу схемы параллельно нагрузке, то напряжение обратной связи будет пропорционально напряжению на нагрузке; такую обратную связь называют обратной связью по напряжению (рис. 2.а). Если же цепь обратной связи присоединить к выходу устройства последовательно с нагрузкой, «напряжение ОС связи будет пропорционально току :в нагрузке и обратную связь называют обратной связью по току - (рис. 3.2.6). Если в схеме осуществлена комбинация обоих способов (рис. 3.2.3.3в), связь называют комбинированной по выходу или смешанной по выходу обратной связью.
Обратную связь называют положительной, если ее (напряжение находится точно в фазе с ЭДС «источника сигнала, подводимой ко входу устройства, 65
и складывается с последней, увеличивая таким образом (напряжение сигнала на входе. Если же напряжение обратной связи находится точно в протавофазе с ЭДС источника сигнала, а следовательно, вычитается из нее, уменьшая сигнал на входе, обратную связь называют отрицательной. При сдвиге фаз между напряжением обратной связи и ЭДС источника сигнала, отличающимся от 0° и от 180°, обратную связь называют комплексной.
Если отношение напряжения на выходе цепи обратной связи к напряжению на ее входе от частоты не зависит (цепь обратной связи не содержит индуктивностей и емкостей), обратную связь называют частотно-независимой, если же указанное отношение напряжений от частоты зависит, связь называют частотно-зависимой.
Рис. 3.3. Простейшие способы введения обратной связи:
а — последовательная; б. — параллельная; в — смешанная по входу
Для удовлетворения всех тех многочисленных и сложных требований, которые предъявляются к современной радиоэлектронной схеме, и обеспечения её инвариантности к любым воздействиям, кроме входного, широко используется отрицательная обратная связь. Смысл её заключается в том, что выходной сигнал взятый в определенном масштабе, сравнивается с преобразуемым исходным сигналом, и на вход устройства подается разность этих величин. При этом принципиально меняется функциональное назначение самого усилителя в схеме (хотя назначение всей схемы в целом остается прежним), а именно - усилитель становится элементом, входной сигнал которого сигнализирует только об отклонении сигнала обратной связи от входного, преобразуемого сигнала.
Существует четыре основных вида обратной связи, отличающихся способом снятия с выхода и способом подачи на вход напряжения обратной связи (рис.3.1):
1) параллельная по напряжению ( Y- связь), где напряжение обратной связи пропорционально выходному напряжению и подается на вход параллельно;
66
2) последовательная по току (Z- связь), где напряжение обратной связи пропорционально выходному току и подается на вход последовательно;
3) последовательная по напряжению (H- связь);
4) параллельная по току (G или К - связь).
Применяется также комбинированная обратная связь
В зависимости от того, как соотносятся между собой фазы входного напряжения Uвх и напряжения обратной связи Uв различают положительную и отрицательную обратные связи. Так, если Uвх и Uв находятся в фазе, то обратная связь положительная, а если в противофазе - отрицательная. В линейных радиоэлектронных устройствах, в частности усилителях, применяется, как правило, отрицательная обратная связь. Коэффициент усиления схемы с отрицательной обратной связью равен:
(3.1)