Інститут телекомунікацій,радіоелектроніки та електронної техніки

КАФЕДРА РЕПС

ДОСЛІДЖЕННЯ АМППІТУДНО-ЧАСТОТНОЇ

ХАРАКТЕРИСТИКИ ПІДСИЛЮВАЧА З

РЕЗИСТИВНО-ЄМНІСНИМ ЗВ’ЯЗКОМ

Методичні вказівки

До лабораторної роботи

З дисципліни «Аналогові електронні пристрої»

Для студентав напрямку6.0907 «Радіотехніка»

Львів “ЛП” 1995

Дослідження амплітудно-частотної характеристики підсилювача з резистивно-ємнісним зв’язком: Методичні вказівки до лабораторної роботи з дисципліни «Аналогові електронні пристрої» для студентів напрямку 6.0907 «Радіотехніка». Уклад І.І. Блажкевич- Львів: Вид-во Держ. Ун-ту «Львівська політехніка». 1996- 10с.

Укладач Іван Ілліч Блажкевич, к.т.н., доцент.

Відповідальний за випуск З.Д. Грицьків, д.т.н., професор.

Рецензенти: В.Д. Голинський, к.т.н., доцент.

К.С. Семенистий, к.т.н., доцент.

1. МЕТА РОБОТИ

Метою роботи є визначення амплітудно-частотної характеристики підсилювача з резистивно-ємнісним зв’язком (RC- каскаду).

2. ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ

RC-каскад (рис. 1) використовується як підсилювач напруги при ввімкненні транзистора за схемою зі спільним емітером. Підсилювальні властивості каскаду оцінюються значенням коефіцієнта підсилення напруги К_U0 на середніх частотах (1 ÷ 2 кГц), частотні властивості – смугою пропускання, тобто інтервалом частот, в межах якого підсилення падає не нижче заданного рівня. Граничні частоти, які обмежують смугу пропускання, є частотами нижнього (f_нз) та верхнього (f_вз) зрізів. В більшості випадків вибирають такі частоти f_нз та f_вз , на яких підсилення зменшується відносно К_U0 на 3 дБ.

Рис. 1.

Підсилювальні та частотні властивості каскаду зручно оцінювати за його амплітудно-частотною характеристикою (АЧХ), яка є залежністю модуля коефіцієнта підсилення напруги від частоти, К_U=F(f).

Аналіз властивостей RC-каскаду виконують за його еквівалентними схемами (рис. 2 – 4).

На середніх частотах підсилення каскаду практично не залежить від реактивних елементів схеми (рис. 2).

Рис. 2.

Паралельно з’єднані опори R _к та R _н замінимо еквівалентним опором R ₂ (R ₂= R _к║ R _н). Тоді коефіцієнт підсилення можна записати як:

(1)

де – крутість прохідної характеристики транзистора, причому можна вважати, що на середніх частотах цей параметр не залежить від частоти .

В (1) з’являється знак “-”, оскільки вектор вихідної напруги напрямлений протилежно да контурного струму, який співпадає за напрямом з . Це вказує на той факт, що вихідна напруга є у протифазі до напруги вхідного сигналу.

Для ефективної передачі напруги у навантаження опір навантаження має бути значно більше від вихідного опору каскаду. Тоді для правильно спроектованої схеми справедливо R _н > > R _к, R ₂≈ R _к. Відповідно, одержимо модуль коефіцієнта передачі за напругою на середніх частотах:

На верхніх частотах підсилення каскаду зменшується під впливом шунтування активного опору R ₂ паразитною ємністю C ₀ та внаслідок частотної залежності крутості транзистора , де τ _В – постійна часу вихідного кола підсилювача. З еквівалентної схеми RC–каскаду для верхніх частот (рис. 3) можна записати вираз для коефіцієнта підсилення:

,

де ,

Рис. 3.

Якщо вибрати транзистор так, щоб виконувалась умова , то у діапазоні робочих частот крутість можна вважати частотно-незалежною. У цій формулі – типова частота транзистора, – коефіцієнт підсилення транзистора за струмом, ввімкненого за схемою зі спільним емітером. Тоді вираз для можна записати так:

(2)

Визначивши модуль виразу (2), отримаємо формулу для АЧХ каскаду в області верхніх частот. Для цього виділимо дійсну та уявну складові :

,

звідси , .

Тоді

(3)

На частоті зрізу модуль коефіцієнта передачі зменшується в разів відносно номінального. Отже, підставивши і прирівнявши (3) до величини , знайдемо вираз для визначення частоти верхнього зрізу , яка одночасно є частотою дійсного полюсу функції (3):

(4)

У ділянці нижніх частот підсилення RC-каскаду зменшується за рахунок:

- збільшення реактивних опорів розділювальних конденсаторів , , що зумовлює відповідне зменшення коефіцієнтів передачі напруги вхідного і вихідного кіл каскаду;

- зменшення шунтуючої дії емітерного конденсатора та відповідного збільшення глибини послідовного за струмом від’ємного зворотного зв’язку (ВЗЗ) через опір ;

- збільшення глибини паралельного за напругою ВЗЗ через опір фільтра .

Рис.4

З еквівалентної схеми (рис. 4) вираз для АЧХ RC-каскаду можна записати так:

(5)

де – коефіцієнт передачі вхідного кола;

– постійна часу вхідного кола; ;

– коефіцієнт передачі вихідного кола;

– постійна часу вихідного кола;

– глибина ВЗЗ, яка дорівнює:

,

де ;

– постійна часу емітерного кола.

Підставляючи відповідні значення коефіцієнтів в (5) отримаємо:

(6)

Вираз АЧХ каскаду (6) має один дійсний нуль та три дійсних полюси, частоти яких відповідно дорівнюють:

;

;

;

.

Результуюча АЧХ RC-каскаду показана на рис. 5, з якої легко визначити смугу пропускання підсилювача.

Рис.5 АЧХ RC-каскаду

3. ОПИС СХЕМИ МАКЕТУ

Принципова схема макету показана на рис. 6. За допомогою перемикачів S1, S2 і S3 можна змінювати в схемі значення С_Е , С_ф, С_р2 , С₀.

Рис. 6.

4. ЗАВДАННЯ ДО РОЗРАХУНКУ

4.1. Визначити частоти полюсів та нулів АЧХ каскаду в ділянці нижніх частот для двох значень С_р2 (0, 1 мкФ; 0, 47 мкФ); та двох значень С_Е (47 нФ; 50 мкФ).

4.2. Визначити частоту полюса АЧХ каскаду в ділянці верхніх частот для двох значень С₀ (50 пФ; 6800 пФ).

4.3. Побудувати АЧХ RC-каскаду і визначити смугу пропускання.

Рис. 6.

5. ЗАВДАННЯ ДО ЕКСПЕРИМЕНТУ

5.1. Встановити амплітуду вхідної напруги U₁, при якій в заданій смузі частот каскаду небуде обмеження вихідної напруги U₂.Вихідну напругу контролювати осцилографом. Смуга частот 100 Гц – 200 кГц.

5.2. Зняти за допомогою осцилографа значення амплітуди вихідної напруги на таких частотах: 0, 1; 0, 5; 1, 0; 5; 10; 50; 100; 200 кГц для ввімкнених в першому випадку: С_р2=0, 1 мкФ; С_Ф=50 мкФ; С_Е=50 мкФ; в другому випадку: С_Ф=50, 0 мкФ; С_р2=0, 47 мкФ; С_Е=47 нФ, та побудувати за цими даними АЧХ каскаду.

5.3. Визначити частоти нижнього та верхнього зрізів для обох випадків згідно з п. 5.2.

6. ЗМІСТ ЗВІТУ

6.1. Теоретична частина.

6.2. Еспериментальна частина, яка включає дані експерименту зведені в таблиці та графіки АЧХ.

6.3. Висновки з порівняннями результатів розрахункових та експериментальних даних.

7. КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ

7.1. Чим пояснюються спади АЧХ каскаду в ділянці нижніх та верхніх частот?

7.2. Від чого залежить смуга пропускання каскаду?

7.3. При якій умові на смугу пропускання каскаду не впливає частотнана залежність крутості транзистора?

ЛІТЕРАТУРА

1.Войшвилло Г.В. Усилительные устройства: Учебник для ВУЗов. - 2-е издание перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1983. -264 с.

2.Головин О.В., Кубицкий A.A. Электронные усилители: Учебник - М.: Радио и связь, 1983. - 320 с.

3.Алексеев А.Г. и др. Усилительные устройства. Сборник задач и упражнений: Учебное пособие для ВУЗов /А. Г. Алексеев, Г.В. Войшвилло, И.A. Трискало; Под ред. Г.В. Войшвилло. – Радио и связь, 1986. – 160 с.

Навчальне видання

Дослідження амплітудно-частотної характеристики

підсилювача з резистивно-ємнісним зв'язком

Методичні вказівки

до лабораторної роботи

з дисципліни " Аналогові електронні пристрої"

для студентів напрямку 6.0907 «Радіотехніка»

Уклад. Іван Ілліч Блажкевич

Редактор:

Коректори: