Ордена Трудового Красного Знамени федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский технический университет связи и информатики» (МТУСИ) Схемотехника телекоммуникационных устройств. Лабораторная работа №1 Тема: Исследование резисторного каскада предварительного усиления. Бригада № _7__ Выполнили студенты группы Алов А.А. Марков А.С. Мизюра И.И. УБСС 1802 Проверил ________Андреев И.Б. Москва 2020 Экспериментальная часть. Рис. 1 Схема исследуемого каскада Транзистор — КТ3142А Входной сигнал: f = 1 кГц, U = 10 мВ Определим токи в ветвях схемы и напряжения в узлах схемы посредством визуального отображения в программе Micro-cap. Рис. 2 Токи в ветвях и напряжения в узлах схемы Получим АЧХ сквозного коэффициента усиления Kскв(f) и коэффициента усиления напряжения Kн(f) на выходе исследуемого усилителя. Для этого на выходе из каскада (точка 7) построим график зависимости амплитуды от частоты в логарифмическом масштабе: Рис. 3 АЧХ сквозного коэффициента усиления Kскв(f) Рис. 4 АЧХ коэффициента усиления напряжения Kн(f) Сквозной коэффициент усиления: Kскв=9.047 Коэффициент усиления напряжения: Kн=34.736 Оценим значения верхней и нижней граничной частоты АЧХ на уровне 0.707 (-3 дб). Для этого найдем частоты, на которых сквозной коэффициент усиления АЧХ падает до уровня 0,707 от максимума. При резонансной частоте сквозной коэффициент усиления АЧХ составляет 9.047. При искомых частотах сквозной коэффициент усиления АЧХ будет составлять: F1 = F2 = 9.047 · 0.707=6.396 Рис. 5 АЧХ верхней и нижней границы частоты среза Исследуем влияние конденсатора С3 на АЧХ каскада. Для этого зададим в режиме «Stepping», в программе Micro-cap, шаг номинала конденсатора С3 31u, 62u, 93u, 124u, 155u, 186u, 217u, 248u, 279u, 300u. Этот конденсатор исключает ООС по переменному току, сохраняя высокое значение коэффициента усиления для быстро изменяющихся сигналов. Рис. 6 Влияние изменения конденсатора С3 на АЧХ Составим таблицу со значением частоты от усиления каскада в точке 8 дБ. Точка: Значение емкости С3, Значение частоты в точке мкФ усиления 8 дБ (Гц) 1 300 19.657 2 279 20.899 3 248 22.894 4 217 26.099 5 186 29.702 6 155 35.449 7 124 43.588 8 93 57.246 9 62 84.574 10 Табл.1 31 166.084 Построим график зависимости нижней частоты среза от емкости конденсатора С3. Рис. 7 Зависимость нижней частоты среза от емкости конденсатора С3. Вывод: Конденсатор СЭ шунтирует резистор RЭ по переменному току, исключая тем самым проявление отрицательной обратной связи в каскаде по переменным составляющим. Отсутствие конденсатора СЭ привело бы к уменьшению коэффициентов усиления схемы. Исследуем влияние конденсатора С4 на АЧХ каскада. Для этого зададим в режиме «Stepping», в программе Micro-cap, шаг номинала конденсатора С4 – 100n, 150n, 200n, 250n, 300n, 350n, 400n, 450n, 500n. По мере роста частоты входного сигнала реактивное сопротивление конденсатора С4 уменьшается, что приводит к возрастанию его коэффициента усиления. Рис. 8 Влияние изменения конденсатора С4 на АЧХ Составим таблицу со значением частоты от усиления каскада в точке 8 дБ. Точка: Значение емкости С4, нФ Значение частоты в точке усиления 8 дБ (Гц) 1 100 904.712 2 150 742.288 3 200 664.883 4 250 621.520 5 300 599.924 6 350 584.767 7 400 573.649 8 450 565.202 9 Табл.2 500 558.601 Построим график зависимости нижней частоты среза от емкости конденсатора С4 Рис. 9 Зависимость нижней частоты среза от емкости конденсатора С4. Вывод: Конденсатор С4 – разделительная емкость отделяющая постоянный ток от генератора, чтобы отсутствовала связь с генератором и с нагрузкой. Исследуем влияние резистора R4 на АЧХ каскада. Для этого зададим в режиме «Stepping», в программе Micro-cap, шаг номинала резистора R4 – 800 Ом, 900 Ом, 1 кОм, 1.1 кОм, 1.2 кОм, 1.3 кОм, 1.4 кОм, 1.5 кОм. Рис.10 Влияние изменения резистора R4 Составим таблицу со значением усиления на частоте 7 кГц. Точка: Значение номинала R4, Значение усиления на Ом частоте 7 кГц (Дб) 1 800 9.042 2 900 8.948 3 1000 8.8 4 1100 8.619 5 1200 8.418 6 1300 8.209 7 1400 7.996 8 Табл.3 1500 7.784 Построим график зависимости коэффициента усиления от номинала резистора R4. Рис. 11 Зависимость коэффициента усиления от номинала резистора R4. Вывод: Этот резистор стабилизирует положение рабочей точки на линии нагрузки в схеме усилителя, вводя в нее ООС по постоянному току, а также влияет на коэффициент усиления в области средних частот за счет изменения зависимости Kн = 𝑈вых 𝑈вх =− 𝑅к 𝑅э Получим ФЧХ сквозного коэффициента усиления Kскв(f) на выходе исследуемого усилителя. Рис.12 ФЧХ сквозного коэффициента усиления Kскв(f) Результаты моделирования Kн Kскв 34.736 9.047 Fн0.7, Гц 27.9 Fв0.7, кГц 188.5 ϕн, град -95 ϕв, град -227 Выводы: Производя изменение емкостей С3, С4, было выяснено следующее: Для элемента С3: При увеличении номинала мы улучшаем усилительные свойства транзистора в области низких частот Для элемента С4: При увеличении номинала мы улучшаем усилительные свойства транзистора в области низких частот ………………………... При исследовании R4 было замечено, что с ростом сопротивления коэффициент усиления уменьшается из-за обратной зависимости - 𝑅𝑘 𝑅э
