486031

Министерство образования и науки Российской Федерации
ГОУ ВПО ТОМСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
(ТУСУР)
Кафедра электронных средств автоматизации и управления
(ЭСАУ)
Пояснительная записка к курсовой работе по дисциплине
«Схемотехника электронных средств автоматизированных систем»
Вариант 12
«РАСЧЕТ И МОДЕЛИРОВАНИЕ УСИЛИТЕЛЬНОГО КАСКАДА
НА БИПОЛЯРНОМ ТРАНЗИСТОРЕ»
Выполнил:
Студент гр. 530
Поляков И.Ю.
18.01.2013
Принял
Доцент кафедры ЭСАУ
Сиверцев В.Ф.
«
2013
»
2013г.
2
ЗАДАНИЕ
на курсовое проектирование по дисциплине «Схемотехника электронных средств автоматизированных систем»
1.Тема курсовой работы: Расчет и моделирование усилительного каскада на биполярном транзисторе.
2.Срок сдачи студентом готовой работы: зачетная неделя
3. Исходные данные для работы:
электрическая схема усилительного каскада: см. рисунок 1
параметры транзистора, схемы и режима: см. таблицу 1
4. Содержание расчетно-пояснительной записки (перечень вопросов, подлежащих разработке):
1) Полный расчет параметров режима каскада и элементов схемы по постоянному и переменному току с обязательным обоснованием и проверкой
принимаемых решений. Сводная таблица параметров номинального режима и схемы для
окончательного варианта расчета.
2)Расчет обобщенных параметров каскада (
,
и др.) в номинальном режиме.
3)Расчет и сравнение с номинальным режимом параметров
и
для случаев:
а)
, б)
. Таблица значений указанных параметров для трех
случаев. Выводы и оценки.
4)Моделирование усилительного каскада с помощью пакета Micro-CAP с обязательным представлением следующих результатов:
- Проверка режима по постоянному току при номинальной температуре То = 20°С
(отметить и объяснить расхождения с результатами расчета);
- Проверка нестабильности рабочей точки транзистора (
) в заданном диапазоне температур. Сравнение с результатами расчета;
- Графики напряжений сигнала на входе и выходе каскада и расчет
для выходного сигнала при
(номин.);
- Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) усилителя. Определение
и границ полосы пропускания и Расчет нестабильности
по результатам определения
коэффициента усиления при трех значениях температуры (
);
- Определение сопротивлений
на средних частотах в режиме измерения АЧХ указанных сопротивлений. Оценка влияния емкостей и на величину сопротивлений на низких частотах;
Примечание. Последние три процедуры выполнить три раза: для номинального режима (
),
= 0, = 0. Дать сравнительную оценку результатов моделирования и расчета.
5) Заключение по работе в целом.
Задание принял студент гр. 530
(подпись)
Задание выдал преподаватель каф. ЭСАУ
(расшифровка)
В.Ф. Сиверцев
3
СОДЕРЖАНИЕ
1.
Исходные данные ............................................................................................................................... 4
2.
Выбор транзистора для усилительного каскада .............................................................................. 5
3.
Расчетная часть ................................................................................................................................... 8
3.1.1.Расчет параметров каскада по постоянному току ........................................................................... 8
3.1.2.Расчет делителя: ................................................................................................................................. 9
3.1.3.Расчёт режима по переменному току ............................................................................................. 10
3.2. Расчет обобщенных параметров усилительного каскада.............................................................. 12
3.2.1.Номинальный режим ........................................................................................................................ 12
3.2.2.Режим без обратной связи (
АОС 1(RЭ1 0)
). ............................................................................ 13
А
А (C 0)
max
Э
3.2.3.Режим при максимальной обратной связи ( ОС
). ............................................. 14
3.3. Расчет конденсаторов для номинального режима ......................................................................... 16
3.4. Проверка режима на насыщение и отсечку ................................................................................... 17
3.4.1.Проверка режима каскада на отсечку ............................................................................................. 17
3.4.2.Проверка режим на насыщение....................................................................................................... 17
4.
Моделирование усилительного каскада с помощью пакета MicroCap. ....................................... 19
4.1. Проверка режима по постоянному току ......................................................................................... 19
4.2. Проверка нестабильности рабочей точки транзистора в температурном диапазоне (20˚±40˚).
20
4.2.1.Проверка нестабильности коэффициента усиления β .................................................................. 20
4.2.2.Проверка нестабильности рабочего тока Iok. ................................................................................... 21
4.3. Графики сигналов на входе и выходе каскада и спектральная диаграмма выходного сигнала.
22
4.3.1.Номинальный режим ........................................................................................................................ 22
4.3.2.Режим без обратной связи (
АОС 1(RЭ1 0)
) ............................................................................. 23
А
А (C 0)
max
Э
4.3.3.Режим при максимальной обратной связи ( ОС
) .............................................. 24
4.4. Амплитудно-частотные характеристики усилителя. ..................................................................... 26
4.4.1.Номинальный режим ........................................................................................................................ 26
А
1(R 0)
Э1
4.4.2.Режим без обратной связи ( ОС
) ............................................................................. 28
4.5. Определение сопротивлений и влияние на них емкостей............................................................. 33
4.5.1.Номинальный режим ........................................................................................................................ 33
4.5.2.Режим без обратной связи (
АОС 1(RЭ1 0)
) ............................................................................. 34
4.5.3.Режим при максимальной обратной связи (
АОС Аmax (CЭ 0) ) ..............................................35
4
Цель работы
Расчёт и компьютерное моделирование усилителя на примере усилительного каскада
на биполярном транзисторе в схеме включения с общим эмиттером, получение навыков в выборе параметров, соответствующих максимальному использованию транзистора, а также приобретение навыков компьютерного моделирования электрических
схем в пакете схемотехнического моделирования Micro-Cap.
1. Исходные данные
Рисунок 1 Электрическая схема каскада
5
Таблица 1
№
β0
12
120
Rтр
Параметры схемы, режима и транзистора
Iоб
мкА
Uork
Ом
rнас
Ом
280
30
100
10
В
Uоэ
εi
0,75
В
RЭ1
Ом
∆T
град
fmin
Гц
3
10
±40
100
2. Выбор транзистора для усилительного каскада
Критерием выбора транзистора, для схемы усилителя возьмем коэффициент усиления 0 120 по току и сопротивление транзистора RTR 280Ом .
Таблица 2
Транзистор
Рассматриваемые транзисторы
2N3499 2N3737 2N3648 2N915 2N3416
Коэффициент усиления 0
125
70
52
115
70
Сопротивление транзистора RTR ,Ом
520
230
218
640
325
Примечание: значения в Таблице 2 - есть значения полученные в ходе моделирования в среде Microcap 10.
Выберем из библиотеки пакета Micro-CAP транзистор 2N3499 с так как он по своим
параметрам наиболее близок к техническому заданию. Параметры режима работы
каскада возьмем из технического задания и вольтамперных характеристик выбранного транзистора.
6
Рисунок 2 Проходная ВАХ транзистора
По проходной характеристике определим, что рабочему току IOK 12mA соответствует UOБЭ 0.822В . Это значение будет далее использоваться в расчётах.
7
Рисунок 3 Входная ВАХ характеристика
RTR h11Э UБЭ  869 771 520Ом
187 1
IБ
Сопротивление транзистора не соответствует заданному, но наиболее близкое из всех
рассматриваемых сопротивлений (при  120 ). Это значение будет далее использоваться в расчётах.
0 
IOK
12 мА
125
I OБ 
96, 56мкА 
Статический коэффициент усиления по току близок к заданному. Далее в расчетах
будет использоваться именно он.
Примечание: Далее в ходе расчетов будет получен ток IОК 12,65мА. которому соответствует напряжение UOБЭ 0.824В . Однако последующих расчетах будет использовано значение UOБЭ 0.822В
8
3. Расчетная часть
3.1.1. Расчет параметров каскада по постоянному току:
IОК IОБ 100мкА125 12,5мА.
U
10В
800Ом.
RК  ОRК 
IОК 12,5мА
Принимаем номинальные значения из стандартного ряда Е24 для резисторов
RК 820Ом
UОRК RК IОК 820Ом12мА 10,25В
IОЭ IОБ IОК 12,5мА 100мкА 12,6мА.
R
Э2
U
3В
 ОЭ R 
10 228, 096Ом.
Э1
12,6мА
I OЭ
Принимаем номинальные значения из стандартного ряда Е24 для резисторов
RЭ2 220Ом.
UОЭ  RЭ1 RЭ2  IОЭ (10 220)Ом12, 6мА 2,8985B.
I МК  i IОK 9,375mA
UКЕнас IOK IMK  rнас 0,656B.
Найдем EK
Возьмем сопротивление
RK RH 820Ом.
RЭН  RK RH 410Ом.
RK RH
UMK IMK RЭН 3,844В.
I
МЕ
 I
i
ОЕ
9, 45103 А.
UME RЭ1 IME 9, 45мВ.
UMKЭ UMK UME 3.938В.
нагрузки
равное
сопротивлению
на
коллекторе
9
UOKЭ UКЕнас UMKЭ 4.5945В.
EK UORK UOKЭ UOЭ 17, 742В.
В силу того что в выборе источника питания мы не ограничены, зададим EK 20В. ,
т.к. запас в 2.724В обеспечит выполнение условия на насыщение.
UОК EK RK IOK 9,75В.
RE RE1 RE2 230Ом.
Значение UОБЭ 0,81В. определялось по проходной характеристике транзистора на рисунке 2.
UОБ UОЭ UОБЭ 2,898В 0.822В 3.708В.
UОKE UОK UОЭ 9,75 2,898 6,852В.
3.1.2. Расчет делителя:
В соответствии с рекомендациями ток делителя выбирают из соотношения
IOD (4 6) IOБ возьмем среднее значение, тогда
IOD 5 IОБ 500мкА 0,5mA.
EK UОБ
R1 
I OD IОБ
27153Ом.
UОБ
R2

IOD
7416Ом.
Принимаем номинальные значения из стандартного ряда Е24 для резисторов
R1 27кОм.
и
R2 7.5кОм.
Уточнение расчетных параметров режима в соответствии с выбранными R1и R2
Rд 
R1 R2
7.527 5.87kOм

R1 R2 7.5 27
EБ 
ЕК R2 20 7.5 4.348В
7.5 27
R2 R1
IОК  0 (Eб UОБЭ ) 12, 647mA
Rд (0 1) Rэ
IОЭ  (0 1) (Eб UОБЭ ) 12, 6mA
Rд (0 1)Rэ
IОБ I ОЭ I ОК 101,17mкA
10
3.1.3. Расчёт режима по переменному току
Амплитудные значения токов:
I
MБ
I
ОБ
 7,52105 75.88мкА
i
IMК IОК   i 9, 485мА
ImЭ ImБ IтК 9, 485mА 75.88mkА 9,56мА
Рассчитаем амплитудное напряжение в нагрузке:
UМН UМК RЭКВ IМК 410Ом9, 075m 3,889В
Рассчитаем амплитудное значение тока в нагрузке:
3.888
U
4, 7424мА
IМH  МH 
820
RН
Рассчитаем амплитудное напряжение на эмиттере:
UМЭ IМЭ RЭ1 9, 076мА10Ом 95.61мВ
Рассчитаем крутизну:
Sб 
1
1
0, 0019 мA
B
Rтр  520Ом
Напряжение база-эмиттер:
UМБЭ IМБ RТР 75.88мкА520Ом 39.46мB
Напряжение коллектор-эмиттер:
UМКЭ UМК UМЭ 3,95В
Напряжение на базе:
UМБ UМБЭ UМЭ 21мВ 91мВ 112мВ
Ток делителя:
112мВ
U
23, 01мкА
IМД  МБ 
5,87кОм
RД
Амплитудное значение входного тока
I твх I МБ I МД 23, 01mkА 75,88mkА 98,89мkА
11
Таблица 3
Рабочая точка
Сводная таблица параметров режима
Амплитудные параметры
Сопротивления
Параметр
Значение
Параметр
Значение
Параметр
Значение
I0 K
12,65 мА
ImK
9,485мА
Rтр[ОЭ]
520 Ом
I0Б
101.17 мkА
I mБ
75,88мkА
RЭ1
10 Ом
I0Э
12,75мА
I mЭ
9,56 мА
RЭ2
220 Ом
U 0R
10,25В
I mН
4.742мА
RЭ
230 Ом
U 0 КЭ
6,852 В
UmН
3.889В
RН
820 Ом
U0БЭ
0.822В
UmЭ
95,6мВ
RК
820 Ом
U0К
9,75 В
UmБ
0.135В
R1
27 кОм
U0 Б
3,72 В
UmБЭ
0.0395 В
R2
7,5 кОм
U0Э
2,898 В
UmКЭ
3.984В
Rд
5,87кОм
I0д
0,5 мА
Imд
23 мkА
Rэкв
410Ом
ЕК
20 В
I mвх
98,89 мkА
K
12
3.2.Расчет обобщенных параметров усилительного каскада
3.2.1. Номинальный режим
Номинальный режим (Продолжительный режим) — такой режим работы машин и
оборудования, при котором они могут наиболее эффективно работать на протяжении неограниченного времени.
Входное сопротивление усилителя:
Rвх Rтр ( 1)RЭ1 520Ом 125 1 10Ом 1, 78кОм
Входное сопротивление каскада находится в параллели с Rд следовательно:
R  Rд Rвх  5780 3294 1,366кОм
вх
 R  (5780 3294)
Rд
вх
Коэффициент обратной связи:
AOC 
RВХ 
3, 42
RTP
Коэффициент нелинейных искажений сигнала:
KГ 25
I
AOC
5, 48%.
Нестабильность  под действием температуры:
 0.5T 20%
Температурная нестабильность:
T  Т  40 13,65 %
Т 0 293
Коэффициент усиления по напряжению:
K U RЭН 28,79
RВХ 
Нестабильность рабочего тока:
IOK 
2, 2 T 103
Еб UОБЭ
 IOБ RD 0, 05864 5,86%
Еб UОБЭ
Нестабильность усиления:
13

При Rг= RВХ =1780Ом
K Е 
(RГ 
RВХ 
)
 1
RВХ RГ

(Т IОК )RTP 0, 08796 8,8%.
RВХ R Г
При Rг=0
R 
K Е 
 ВХ
1 (Т IОК )RTP
RВХ


RВХ

0, 02408 2, 41%
Максимальный коэффициент усиления:
K
UMAX
R
 R ЭН 175.7
ТР
КПД транзистора:
тр  Рполезн. 100% 
Рпотр.
Iтк Uтк
100%  9, 485mА3.888В 100% 14, 78%
2I 0к U0кэ
2 12, 65mА9, 75В
КПД каскада:
каск 
Iтн Uтк
2 Eк (I 0д I 0э )
100% 
4, 74mА3.888В
2 20В (0, 5mА 12, 75mА) 100% 3, 48%
3.2.2. Режим без обратной связи ( АОС
1(RЭ1 0) ).
Входное сопротивление усилителя:
Rвх Rтр 0 520Ом
Входное сопротивление каскада:
R R
5,87 103 520
д
вх 
Rвх  R R 5,87 103 520 477, 68Ом
д
вх
Коэффициент нелинейных искажений (коэффициент гармоник):
Кг 25%
 25% 0, 75 18, 75%
Аос
1
Коэффициент усиления по напряжению:
Ки Ku max 
Rэкв
410Ом
125
98,56
Rвх
520Ом
14
Нестабильность коэффициента усиления по напряжению:

При Rг= RВХ 520Ом
K U 
(RГ 
RВХ 
)
 1
RВХ RГ

(Т IОК )RTP 5, 686%
RВХ RГ
При Rг=0
Rвх
R
1
K U 
(T I ок )  тр 8, 63%
Rвх
Rвх
3.2.3. Режим при максимальной обратной связи ( АОС
Аmax (CЭ 0) ).
Обратной связью называется связь между выходными и входными цепями усилителя. Обратная связь может быть искусственной, созданной для улучшения различных свойств усилителя, а также паразитной, возникающей за счет нежелательного
влияния выходных цепей усилителя на его входные цепи. В нашем случае мы рассчитываем влияние максимальной Аос на усилитель. Для оценки работы схемы в
данном режиме, и её возможное применение.
Входное сопротивление усилителя:
Rвх Rтр ( 1)RЭ 520Ом 125 1 230 Ом 29.5кОм
Входное сопротивление каскада:
R R
5.87 103 29.39 103
д
вх 
4895, 5Ом
Rвх  R R
(5.87 29.39)103
д
вх
Глубина обратной связи:
3
Rвх  29.510 Ом 56, 73
Аос 
520Ом
Rтр
Коэффициент нелинейных искажений (коэффициент гармоник):
Кг 25%

0, 75 0,33 %
Аос 25% 56, 73
Коэффициент усиления по напряжению:
Ки 
410Ом
Rэкв
125
1, 7373
Rвх
29.5103
15
Нестабильность коэффициента усиления
При Rг= RВХ



(R  Rвх )
Rтр
Г
1
10%
(
)
Ku  R R   T I оk R R 
Г
вх
г
вх
При Rг=0:
Rвх
R
1
K U 
(T I ок )  тр 0, 0038%
Rвх
Rвх
Рассчитав обобщенные параметры усилительного каскада для трёх случаев глубины обратной связи, можем составить сводную таблицу по этим значениям (Таблица
3.2).
Таблица 4
Обобщенные параметры усилительного каскада
Ku
Ku
(Rг 0)
(Rг Rвх )
28,8
-2,4 %
8,8%
18,75
%
98,56
-8,63%
5,69%
0,33%
1,7373 0,0038%
Параметр
Rвх
Rвх
АОС
Kг
Ku
Номинальный
режим
1,78
кОм
1365,8Ом
3,4
5,5 %
АОС 1(RЭ1 0)
520
Ом
477,681
1
АОС Аmax (CЭ 0)
29,5
кОм
4,89 кОм
56,73
10%
16
3.3.Расчет конденсаторов для номинального режима
Используем общую формулу для расчета конденсаторов усилительного каскада:
1
Ci  2 f
R
min
i
M 2 1
i
, где
Необходимо самостоятельно задать коэффициенты Mi для трех рассчитываемых.
MНСЭ 1,307
Тогда MН MHCP1 MHCP2 1,04
Также учтем, что Rг=0

CЭ 
2f
MIN
1
307 мкФ.

R 
 R  TP  M 2
1
Э1 1 
HCЭ


Принимаем номинальное значение из стандартного ряда Е6 для конденсаторов тогда
Сэ=330 мкФ

СР1 
1
R M 2
2f
MIN
ВХ
HCР1
1
9, 377 мкФ.
Принимаем номинальное значение из стандартного ряда Е6 для конденсаторов тогда
Ср1=10 мкФ
СР 2 
2f
1
(R R ) M 2
MIN
Н
K
HCР 2
1
6, 795мкФ.
Принимаем номинальное значение из стандартного ряда Е6 для конденсаторов тогда
Ср2=6.8 мкФ
17
3.4.Проверка режима на насыщение и отсечку
3.4.1. Проверка режима каскада на отсечку
Проверка режима каскада на отсечку заключается в проверки условия
Хоть и по условию i 0.75
I ok _ min 0.05Iok
I
3
3
  (Rд Rэ ) Iok  0.2(5.87 0.25) 10 12.03 10 4.427 104 А
ok
5.87 103 126 4940
Rд (0 1)Rэ
3
3
2.2 40 10
I Ube 2, 2 T 10  
120 3.156 104 А
0
ok
5.87 103 126 230
Rд (0 1)Rэ
Iok Iok  Iok Ube(4.427 3.156) 10 4 7, 583104 А
I ok I ok I ok 12.65мА 0.758мkА 13, 4мA
I ok I ok I ok 12.065мА 0.758mA 11,89мA
I ok _ min I ok I mk (1Ku) 11,89мА 9, 485мА(10.0863) 1,585mA
По условию
0.05Iok 0.06mA
I ok _ min
>
0.05I ok
1,585 mA >0.06 mA – условие на отсечку выполняется
3.4.2. Проверка режим на насыщение
Условие для проверки режима на насыщение

U oke_
min Uke _ нас

Uoke
I0кэ (Rэ Rк ) 0, 758мкА(230 820) 0, 796В

Umke
Umke (1Ku ) 3, 984(10.0863) 3, 641B


Uoke
Uoke Uoke
7,103 (0, 796) 6, 056B



Uoke
_ min Uoke U mke 6, 056 3, 641 2, 415B
Uke _ нас (I0к Imk ) Rнас (12, 65мА 9, 485мА) 30 0, 664В
2,415B> 0.664B - условие для проверки режима на насыщение выполняется, поэтому
нет необходимости делать изменения в выборе компонентов схемы.
18
Выводы о проделанных расчетах
 Режим Максимальной обратной связи, практически не решает поставленную задачу – усиление, т.к. дает усиление ~ 2. Зато введение обратной отрицательной
связи очень хорошо стабилизирует выходной сигнал
 Режим без обратной связи – дает значительно больший коэффициент усиления, но
и нелинейные искажения так же значительно больше.
 Номинальный режим, является «Золотой серединой» в сравнении в другими режимами. То есть введение частичной обратной отрицательной связи дает неплохой
коэффициент усиления при небольших искажениях выходного сигнала.
19
4. Моделирование усилительного каскада с помощью пакета MicroCap.
4.1.Проверка режима по постоянному току.
Рисунок 4 Напряжения и токи в каскаде по постоянному току
Таблица 5
Параметр
Ioк
Ioб
Ioэ
Uoк
Uoэ
Uoб
Uoкэ
Uork
Uoбэ
Расчетные и экспериментальные параметры по постоянному
току
Расчетное
12.65 mA
101,173 мкА
12,75 мА
9,75 B
2,898 В
3.72 В
6,852 В
10,25 B
0.822 B
Значение
Экспериментальное
12,63 mA
101,257 мкA
12,737mA
9,638 B
2,802 B
3.753 B
6,836 B
9.682 B
0.819 B
20
Согласно данным таблице, расхождение расчетных данных и экспериментальных
данных - сотые доли. Значит рабочая точка транзистора выбрана верно, также это говорит о правильности расчетных данных.
4.2.Проверка нестабильности рабочей точки транзистора в температурном диапазоне (20˚±40˚).
4.2.1. Проверка нестабильности коэффициента усиления
β:
Рисунок 5 Влияние температуры на коэффициента усиления
Расчетная:
δβ0 = 20%
Практическая:
δβ =
129.699 110.837 18.862

7.84% Объяснить это можно, тем что мы взяли Ек
129.699 110.837 240.536
=20, т.е. запас 2,3В
Примечание: при увеличении питания увеличивается стабильность коэффициента
усиления, однако сам коэффициент уменьшается. При Ек=18: δβ =8.3% β =124
21
4.2.2. Проверка нестабильности рабочего тока Iok.
Рисунок 6 Влияние температуры на тока коллектора.
Расчетная:
δI0К =5, 68%
Практическая:
13.073 12.05
δI 0К =
100% 4.05%
2 12.636
Практическая и экспериментальная нестабильность рабочего тока почти сходятся.
Проверим коэффициент гармоник и коэффициент усиления по напряжению.
22
4.3.Графики сигналов на входе и выходе каскада и спектральная диаграмма
выходного сигнала.
4.3.1. Номинальный режим
Рисунок 7 Входной и выходной сигналы, спектральная характеристика.
Рассчитываем коэффициент гармоник по спектральной характеристике:
К 
г
2
2
А22 А32 
100%  141.093m 26.224m 100% 3.74%
А1
3.838
Коэффициент усиления рассчитываем как отношение амплитуды выходного к амплитуде входного сигнала: (Uтвых и Uтвх рассчитываются как среднее арифметическое)
U
3.592 26.65
Ки  твых 
Uтвх 134.75103
23
Как видно из таблицы, расчетные и экспериментальные данные почти сходятся.
4.3.2. Режим без обратной связи ( АОС
1(RЭ1 0) )
Рисунок 8 Входной и выходной сигналы, спектральная характеристика.
Рассчитаем коэффициент гармоник по спектральной характеристике:
Кг 
А22 А32
428.152m2 12.383m2
100% 
100% 11%
А1
3.895
Коэффициент усиления:
U
3.369 86.95
Ки  твых 
Uтвх 38.747m
Получив экспериментальные значения сравниваем их с расчетными таблице 4.3.
24
4.3.3. Режим при максимальной обратной связи ( АОС
Аmax (CЭ 0) )
Рисунок 9 Входной и выходной сигналы, спектральная характеристика.
Рассчитаем коэффициент гармоник:
Кг 
А22 А32
А1
100% 
(8.373mk)2 (3.008mk)2
3.893
100% 0.23%
Коэффициент усиления:
3.867
U
1.719
Ки  твых 
Uтвх 2.249
Получив все экспериментальные значения можно сравниваем их с расчетными в
таблице 6
Таблица 6
Режим
Номинальный
Параметр
Kг
Расчетное
5,5%
Ku
28,8
Параметры сигнала
Значение
Экспериментальное
3,74%
26,65
25
Без Аос
Аос максимальна
Kг
18,75%
11%
Ku
98,56
86,95
Kг
0,179%
0.23%
Ku
1.678
1.719
Моделирование подтверждает выводы сделанные ранее о режимах работы схем.
Сравнение входные и выходные сигналов в трех режимах видно, что расчетные данные не везде совпадают с экспериментальными, но имеют тот же характер.
26
4.4.Амплитудно-частотные характеристики усилителя.
4.4.1. Номинальный режим.
Рисунок 10 Амплитудно-частотная характеристика.
По полученному графику АЧХ можно определить некоторые параметры:
Коэффициент усиления по напряжению:
Ки 29.274
Нижняя граница полосы пропускания:
fн 50.739 Гц
Верхняя граница полосы пропускания:
fв 28.836МГц
Полоса пропускания:
f fв fн 28.78 МГц
27
Рисунок 11 Амплитудно-частотная характеристика в температурном
диапазоне T (2040)
Экспериментальное значение нестабильности коэффициента усиления:
Ки
К
К

и (Т 60)
и (Т 20)
2 Ки (Т 20)
28.8 28.737

2 29.274
1.076 %
28
4.4.2. Режим без обратной связи ( АОС
1(RЭ1 0) )
Рисунок 12 Амплитудно-частотная характеристика.
По полученному графику АЧХ можно определяем некоторые параметры:
Коэффициент усиления по напряжению:
Ки 106.648
Нижняя граница полосы пропускания:
fн 165.882Гц
Верхняя граница полосы пропускания:
fв 29.328МГц
Полоса пропускания:
f  fв fн 29.329 МГц
29
Рисунок 13 Амплитудно-частотная характеристика в температурном
диапазоне T (2040)
Ки
К
К

и (Т 60)
и (Т 20)
2 Ки (Т 20)
99,957 113,994

2 106, 648
6.6 %
30
Режим при максимальной обратной связи ( АОС
Аmax (CЭ 0) )
Рисунок 14 Амплитудно-частотная характеристика.
По полученному графику АЧХ можно определить некоторые параметры:
Коэффициент усиления по напряжению:
Ки 1.738
Нижняя граница полосы пропускания:
fн 16.8Гц
Верхняя граница полосы пропускания:
fв 75, 638МГц
Полоса пропускания:
f  fв fн 75, 638 МГц
31
Рисунок 15 Амплитудно-частотная характеристика в температурном
диапазоне T (2040)
Определим экспериментальное значение : Ku :
Ки 
К и (Т 60) К и (Т 20)
2 Ки (Т 20)

1.737 1, 738
2 1.738
2,88104 0.03%
Выводы о проделанном амплитудно-частотном моделировании
 Достоинство Номинального режима – его полоса пропускает более низкие
частоты, в отличии от режима без Аос это можно учесть при проектировки
НЧ усилителей.
 Режим без Аос отлично усиливает средние частоты. И имеет самый большой
коэффициент усиления.
 Достоинство Режима в котором Аос максимальна – имеет огромную полосу
пропускания. Если взять составной каскад из нескольких транзисторов, то
получим среднее усиление, и большую частоту пропускания.
 Также замечено что при повышении температуры ток транзистора увеличивается и его выходные характеристики смещаются вверх. Это означает, что
при том же токе базы коллекторный ток оказывается больше, чем при нормальной температуре. Одной из основных причин возрастания коллекторного тока транзистора при повышении температуры является увеличение
обратного тока IКБО, протекающего между базой и коллектором. Сам по себе
32
обратный ток IКБО очень мал и для германиевых транзисторов при комнатной температуре составляет всего 10... 20 мкА, а для кремниевых— не более
нескольких микроампер, но резко увеличивается при повышении температуры.
 Сравнение экспериментальных и расчетных в трех режимах видно, что расчетные данные не везде совпадают с экспериментальными, но имеют тот же
характер.
33
4.5.Определение сопротивлений и влияние на них емкостей.
Сопротивления Rвх , Rвх, Rтр[ОЭ] будем определять на средних частотах в режиме
измерения их АЧХ.
4.5.1. Номинальный режим.
Рисунок 16 Сопротивление
, R , R для номинального режима
R
тр[ОЭ]
вх
Расчетные значения
Параметр
R  (Om)
Номинальный
режим
1780
вх
вх
Практические значения
Rвх
Rтр
Rвх
Rвх
Rтр
(Om)
(Om)
(Om)
(Om)
(Om)
1365
520
1720
1330
481,4
34
4.5.2. Режим без обратной связи ( АОС
Рисунок 17 Сопротивление
R
1(RЭ1 0) )
, R , R для режима без обратной связи
вх
тр[ОЭ]
вх
Экспериментальное значение сопротивления: Rтр =1472 Ом
Расчетное значение сопротивления: Rтр =1600 Ом.
Расчетные значения
Параметр
R  (Om)
Режим без обратной связи
520
вх
Практические значения
Rвх
Rтр
Rвх
Rвх
Rтр
(Om)
(Om)
(Om)
(Om)
(Om)
477
520
433,68,5
468,2
467,88
35
4.5.3. Режим при максимальной обратной связи ( АОС
Рисунок 18 Сопротивление
Аmax (CЭ 0) )
, R , R для режима максимальной об-
R
вх
тр[ОЭ]
вх
ратной связи
Расчетные значения
Параметр
R  (кOm)
Режим максимальной обратной
связи
29,5
вх
Практические значения
Rвх
Rтр
Rвх
Rвх
Rтр
(кOm)
(Om)
(кOm)
(кOm)
(Om)
4,89
520
28,2
4,86
477,3
36


Выводы о влиянии конденсатора на Rтр[ОЭ] , Rвх , Rвх :


Сопротивление транзистора во всех режимах одинаково и почти не отличается, из чего
можно сделать вывод о том что сопротивление транзистора не зависит от конденсаторов Ср1,
Ср2 и Сэ.
Сопротивление усилителя и сопротивление каскада на низких частотах сильно зависимы.
При низких частотах сопротивление транзистора максимально, а с увеличением частоты
уменьшается. Это объясняется наличием в транзисторе паразитной ёмкости CK , сопротивление которой на низких частотах стремится к бесконечности, а на высоких частотах – к
нулю.
Заключение.
 Общий теоретический характер расчётов подтверждён моделированием. Однако, для моделирования был выбран транзистор, чьи параметры несколько отличаются от заданных, что объясняет сложностью поиска требуемого транзистора. В силу отсутствия опыта.
 Более подробные выводы, располагаются в конце рассматриваемых пунктов.
 Работа по расчету и моделированию выполнена успешно.