Параметр
|
Значение
|
|
Расчетное
|
Экспериментальное
|
0.154%0.194%
|
|
|
1.621.7
|
|
|
В этом режиме работы, когда обратная связь максимальна, мы
почти не получаем усиления сигнала, причем экспериментальное значение
коэффициента усиления почти сходится с рассчитанным. Проведя моделирование
входных и выходных сигналов и сравнивая все три режима видно, что расчетные
данные не совпадают с экспериментальными, но имеют тот же характер. При Rэ=0
отрицательная обратная связь равна единице, увеличивается до максимума
коэффициент усиления и возрастает коэффициент гармоник. При Сэ=0 наоборот,
коэффициенты уменьшаются и минимально искажение.
4.4
Амплитудно-частотные характеристики усилителя
4.4.1
Номинальный режим
Рисунок 4.4.1 Амплитудно-частотная характеристика.
По полученному графику АЧХ можно определить некоторые
параметры:
Коэффициент усиления по напряжению:
Нижняя граница полосы пропускания:
Верхняя граница полосы пропускания: МГц
Полоса пропускания: МГц
Рисунок 4.4.2 Амплитудно-частотная характеристика в температурном
диапазоне Т= (-20˚-+60˚).
Экспериментальное значение нестабильности коэффициента усиления:
Экспериментальное значение при ∆Т = 80 получилось, значит при ∆Т = 40 . Расчетное значение - 1.7 Оба значения
получены при Rг = 0.
4.4.2 Rэ=0
Рисунок 4.4.3 Амплитудно-частотная характеристика.
По полученному графику АЧХ можно определить некоторые
параметры:
Коэффициент усиления по напряжению:
Нижняя граница полосы пропускания: Гц
Верхняя граница полосы пропускания: МГц
Полоса пропускания: МГц.
Рисунок 4.4.4 Амплитудно-частотная характеристика в температурном
диапазоне Т= (-20˚-+60˚).
По этому графику сразу видно, что хотя усиление значительно выше,
коэффициент нестабильности его будет больше. Рассчитаем по графику
экспериментальное значение :
4.4.3 Сэ=0
Рисунок 4.4.5 Амплитудно-частотная характеристика.
По полученному графику АЧХ можно определить некоторые
параметры:
Коэффициент усиления по напряжению:
Нижняя граница полосы пропускания: Гц
Верхняя граница полосы пропускания: МГц
Полоса пропускания: МГц. В этом режиме ширина полосы пропускания очень велика, но
усиления каскад почти не даёт, поэтому данный режим работы каскада, когда
максимальна обратная связь, не слишком приемлем для усилителя, т.к. не отвечает
основной его цели - усиления.
Рисунок 4.4.6 Амплитудно-частотная характеристика в температурном
диапазоне Т= (-20˚-+60˚).
Так как температурная нестабильность слишком мала, для
расчета экспериментального значения нестабильности коэффициента усиления,
получим увеличенное изображение показательной части графика.
Рисунок 4.4.7 Амплитудно-частотная характеристика в
температурном диапазоне Т= (-20˚-+60˚) (увеличение).
Определим экспериментальное значение :
Экспериментальное значение при ∆Т = 80 получилось, значит при ∆Т = 40 . Расчетное значение - 0.0475%. Оба
значения получены при Rг = 0.
Получив амплитудно-частотные характеристики транзистора, по
которым определили коэффициент усиления, рассчитав его нестабильность и сравнив
полученные результаты с результатами расчёта для трёх режимов видно, что
экспериментальные и расчётные данные отличаются, но в большинстве случаев
незначительно. Если работать в широком диапазоне температур, лучше
придерживаться номинального режима работы усилительного каскада.
4.5
Определение сопротивлений и влияние на них емкостей
Сопротивления , , будем определять на средних частотах в режиме измерения их АЧХ.
4.5.1
Номинальный режим
1) Сопротивление транзистора.
Рисунок 4.5.1 Сопротивление транзистора
Экспериментальное значение сопротивления: =2303Ом
Расчетное значение сопротивления: =2530 Ом.
2) Входное сопротивления усилителя.
Рисунок 4.5.2 Входное сопротивление усилителя .
Экспериментальное значение сопротивления: =9654Ом
Расчетное значение сопротивления: =11548кОм.
3) Входное сопротивление каскада
Рисунок 4.5.3 Входное сопротивление каскада .
Экспериментальное значение сопротивления: =8019Ом
Расчетное значение сопротивления: =9283 Ом.
По полученным результатам видно, что входные сопротивления
усилителя и каскада немного отличаются от расчетных.
4.5.2 Rэ=0
1) Сопротивление транзистора.
Рисунок 4.5.4 Сопротивление транзистора
Экспериментальное значение сопротивления: =2236 Ом
Расчетное значение сопротивления: =2530 Ом.
2) Входное сопротивления усилителя.
Рисунок 4.5.5 Входное сопротивление усилителя .
Экспериментальное значение сопротивления: =2247Ом. Расчетное значение
сопротивления: =2530 Ом.
3) Входное сопротивление каскада
Рисунок 4.5.6 Входное сопротивление каскада .
Экспериментальное значение сопротивления: =2145 Ом
Расчетное значение сопротивления: =2402 Ом
4.5.3 Сэ=0
1) Сопротивление транзистора.
Рисунок 4.5.7 Сопротивление транзистора
Экспериментальное значение сопротивления: =2303 Ом. Расчетное значение
сопротивления: =2530Ом.
2) Входное сопротивления усилителя.
Рисунок 4.5.8 Входное сопротивление усилителя .
Экспериментальное значение сопротивления: =196.624 кОм
Расчетное значение сопротивления: =247.018 кОм.
3) Входное сопротивление каскада
Экспериментальное значение сопротивления: =38.147кОм
Расчетное значение сопротивления: =39.718 кОм
По полученным графикам были определены требуемые сопротивления.
Результаты экспериментального их определения получились немного отличными от
расчетных.
Таблица 4.5 Результаты.
|
Расчетные
значения
|
Практические
значения
|
|
(Om) (Om) (Om) (Om) (Om) Rtr (Om)
|
|
|
|
|
|
Ном.
|
115488
|
9283
|
2530
|
9654
|
8019
|
Re1=0
|
2530
|
2402
|
2530
|
2247
|
2145
|
2236
|
Ce=0
|
247018
|
39718
|
2530
|
196624
|
38147
|
2442
|
Сравнивая значения сопротивлений, полученных в результате
моделирования с расчётными видно, что результаты как и в предыдущих случаях
немного отличаются, но имеют тот же характер. Сопротивление транзистора во всех
режимах одинаково. Сопротивление усилителя и сопротивление каскада в режиме с
Rэ1=0 уменьшаются, а в режиме с Сэ=0 увеличиваются, по сравнению с номинальным режимом.
Из полученных графиков амплитудно-частотных характеристик
сопротивлений видно, что графики сопротивления транзистора при любых режимах
остаются одинаковыми. Это объясняется тем, что сопротивление транзистора не
зависит от конденсаторов Ср1, Ср2 и Сэ. При низких частотах сопротивление
транзистора максимально, а с увеличением частоты уменьшается. Это объясняется
наличием в транзисторе паразитной ёмкости , сопротивление которой на низких частотах стремится к бесконечности,
а на высоких частотах - к нулю. Так как эта ёмкость очень мала, то уменьшение
сопротивления транзистора с ростом частоты происходит медленно.
Сопротивление усилителя определяется сопротивлением транзистора и
сопротивлением эмиттерной нагрузки, состоящей из сопротивлений Rэ1 и Rэ2,
включенной в параллель с Сэ. В номинальном режиме сопротивление усилителя на
низких частотах максимально, т.к. сопротивление Сэ стремится к бесконечности. С
увеличением частоты сопротивление усилителя начинает уменьшаться и на низких
частотах становится минимальным, что также определяется конденсатором Сэ. В
режиме с Rэ1=0 сопротивление усилителя на низких частотах максимально, а с
увеличением частоты уменьшается сильнее, по сравнению с номинальным режимом,
потому что всё сопротивление определяется сопротивлением Сэ и сопротивлением
транзистора, которое определяет ёмкость . В режиме с Сэ=0 сопротивление усилителя определяется
сопротивлениями Rэ1 и Rэ2, и сопротивлением транзистора. На низких частотах оно
максимально, а с увеличением частоты начинает медленно уменьшаться, так же как
сопротивление транзистора. АЧХ сопротивления усилителя в этом режиме схожа с
АЧХ транзистора.
Сопротивление каскада определяется сопротивлением разделительного
конденсатора Ср1 и сопротивлениями делителя и усилителя, включенными
параллельно. В данном случае на разных частотах сопротивление каскада зависит
от конденсатора Ср1, стоящего на входе. В номинальном режиме на низких частотах
сопротивление каскада максимально, а с увеличением частоты начинает резко
уменьшаться и на высоких частотах достигает минимального значения. В режиме с
Rэ1=0 сопротивление каскада с увеличением частоты уменьшается быстрее, по
сравнению с номинальным режимом, так как определяется сопротивлением
транзистора и сопротивлением делителя. В режиме с Сэ=0 сопротивление каскада
уже определяется разделительным конденсатором Ср1 и включенными параллельно
сопротивлениями делителя и транзистора. В этом случае сопротивление каскада
уменьшается медленнее.
5. Заключение
В данной работе был произведён расчёт параметров
усилительного каскада на биполярном транзисторе в схеме включения с общим
эмиттером при максимальном использовании параметров транзистора и проведена
проверка этих параметров с помощью компьютерного моделирования усилительного
каскада в пакете схематического моделирования Micro-Cap.
В результате моделирования были получены значения параметров
каскада, немного отличающиеся от рассчитанных. Это связано с тем, что при
моделировании использовался не тот транзистор, для которого был произведён
расчёт, а его аналог, имеющий сходные параметры. И всё-таки не смотря на это
можно сказать, что результаты моделирования подтвердили результаты расчётов,
потому что данные моделирования и расчётов имеют одинаковый характер.
В ходе моделирования была произведена проверка режима по
постоянному току, проверка нестабильности рабочей точки транзистора в заданном
температурном диапазоне. Для трёх режимов были получены графики сигналов на
входе и выходе каскада; спектральная диаграмма выходного сигнала, по которой
был рассчитан коэффициент гармоник; получена амплитудно-частотная
характеристика усилителя, по которой был определён коэффициент усиления и
границы полосы пропускания, а также нестабильность коэффициента усиления в том
же температурном диапазоне; определены сопротивления транзистора, усилителя,
каскада и влияние на них емкостей.
Чтобы усилитель нормально работал в заданном режиме, нужно
обеспечить постоянный ток коллектора и постоянное напряжение на нем. Вследствие
зависимости от температуры и других факторов, параметры усилительного элемента
могут меняться, поэтому необходима стабилизация рабочей точки. Стабилизировать
рабочую точку можно введением отрицательной обратной связи, которая создается
резистором Rэ.
Введение ООС позволяет уменьшить нестабильность коэффициента
усиления во столько же раз, во сколько снижается само усиление. Кроме того, во
столько же раз уменьшаются нелинейные искажения сигнала, и расширяется полоса
пропускания усилителя.
Таким образом, удалось как можно более подробно изучить не
только теоретически, но и увидеть экспериментально работу усилительного каскада
на БПТ в схеме с ОЭ.