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 № 4 Выполнили студенты группы БКС 1901 Виноградов Д.В. Ериков П.А. Проверил Андреев И.Б. Москва 2021 Цель работы: Исследовать характеристики резисторного каскада предварительного усиления; освоить методы схемотехнического моделирования на основе программы Micro Cap 10 Принципиальная схема усилителя: Выполнение лабораторной работы. Предварительный расчет. Задание для расчётной части. При расчёте необходимо найти: 1. коэффициенты усиления напряжения, тока и мощности; 2. сквозной коэффициент усиления напряжения; 3. верхнюю граничную частоту для входной цепи fвгр на уровне Мв=ЗдБ 4. нижнюю граничную частоту для выходной цепи fнгр на уровне Мн=ЗдБ 5. время установления импульса tуст во входной цепи; 6. величину спада плоской вершины импульса D во входной цепи при длительности импульса Ти- 0.9мс. 2 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ: R1=3.6к C1=20мк r66 = 19 R2=10к C2=50мк h21э=739.7 R3=51к C3=100мк Ck=10.44п ОСЧ R~= rэ= R5∗R6 = 861.111 R5+R6 26 = 26 Ik0 rбэ= rэ(1+ h21э)=19258.20 Rвход= r66+ r6э=19277.2 Kн = h21э * Kт = h21э * R~ Rвход R~ R6 =33.04 =636.96 Kм = Kн * Kт=21045.1584 Kсквн = h21э * R~ Rвход+R1 = 27.84 ОВЧ Rвэкв = Cбэ = R1 ∗R2 ∗R3 ( +r66)∗r6э R1 ∗R2 +R2 ∗R3 +R1 ∗R3 R1 ∗R2 ∗R3 ( +r66)+r6э R1 ∗R2 +R2 ∗R3 +R1 ∗R3 0.16 f∗rэ = 2240.47 = 4.103*10-11 Cвход = Cбэ+Сk*(1+ Kн) = 3.96*10-10 τв = Rвэкв * Cвход = 8.88*10-7 fвгр = 1 2∗π∗τв = 179*103 τy = 2.2* τв = 1.9*10-6 ОНЧ rк = 1 = 0.05 h22э rк∗R5 Rнэкв = rк+R5 = 0.05 τн = ( Rнэкв+ R6)* C4 = 0.025 fнгр = △= 1 2∗π∗τн Tu τн = 6.366 * 100 = 3.6% 3 R4=680 C4=25мк f=150М R5=6.2к C5=500п Ik0=1 R6=1к Tu=0.9м h22э=20 3. Экспериментальная часть. Исследование частотных характеристик усилителя Параметры режим каскада. Рисунок 2 – Токи в ветвях. Рисунок 1 – Напряжение на узлах. 4 Анализ частотных характеристик. График АЧХ усилителя. Рисунок 3 – График АЧХ усилителя. Рисунок 4 – График ФЧХ Сквозной коэффициент усиления: Ксвк= 37.12 Коэффициент усиления напряжения: Kн = 20.53 5 Таблица с результатами 27.84 Fн0.7, Гц 6.36 Fв0.7, кГц 179 τн, мкс 1.9 3.6 37.12 20.53 103.85 77.6 0.58 5.6 4.08 7.31 97.49 101.4 1.32 Kн Kскв Предварительный расчёт 33.04 Результаты моделирования Результаты сравнения расчётов и моделирования Δ 2 График зависимости частоты среза от емкости конденсатора С3 Рисунок 5 - График АЧХ с измененными параметрами схемы С3= от 0.25 мкФ до 250.25 мкФ с шагом 125 мкФ. 6 График зависимости частоты среза от емкости конденсатора С4 Рисунок 6 - График АЧХ с измененными параметрами схемы С4 = от 100.1 мкФ до 0.1 мкФ с шагом (-50) мкФ. 7 График зависимости частоты среза от емкости конденсатора С4 Рисунок 7 - График АЧХ с измененными параметрами схемы R5 = 6.2 кОм до 1.24 кОм с шагом (-2.48)к0м. Рисунок 9 – График ФЧХ каскада с отмеченными φ на граничных частотах. 8 Исследование переходной характеристики усилителя. Рисунок 10 – Схема каскада с импульсным источником. Переходные характеристики(в области малых времен). Рисунок 11 – График переходных характеристик в ОМВ. Время установления каскада – 0.58 мкс. 9 Рисунок 12 – Изменение С5 от 0,5 нФ до 5,5 нФ с шагом 2,5 нФ. 10 Рисунок 13 –изменение R6 от 1 кОм до 11 кОм с шагом 5 кОм. Переходные характеристики(в области больших времен). Рисунок 14 – График переходных характеристик в ОБВ. При исследовании графика определили величину спада плоской вершины импульса 5,66 мВ, которая показана на рисунке 15. Рисунок 15 – График переходных характеристик в ОБВ. 11 Рисунок 16 – Изменение С4 от 100 нФ до 400 нФ с шагом 150 нФ. Рисунок 17 – Изменение R6 от 1,2 кОм до 11,2 кОм с шагом 5 кОм. 12 Вывод. Выполнив первую часть работы, можно сделать вывод, что каскад смоделирован корректно, так как все токи и напряжения которого находятся в рамках допустимых. Разность между предварительным расчетом и моделированием обусловлена тем, что связана с некоторыми допущениями при расчете и округлениями, но результаты различаются в пределах порядка, так что можно сказать о том, что результаты совпали с большой степенью погрешности. При изменении параметров емкостных элементов С3,C4, чем больше емкость, тем меньше нижняя полоса среза. Изменение сопротивления R5 влияет на коэффициент усиления по напряжению. Чем больше сопротивление, тем больше коэффициент усиления. При исследовании переходных характеристик можно сделать следующие выводы: При увеличении емкости С4, уменьшается величина спада плоской вершины. При увеличении емкости С5, увеличивается время установления каскада. При увеличении сопротивления R6, увеличивается общий коэффициент усиления. 13
