Лабораторные практикумы / 1 Основы теории цепе основы схемотехники радиоприемные устройства

310 Глава вторая. Описание лабораторных работ по ОС и РПрУ

Поделив (3.17) на (3.18) и, учитывая, что Rý << 1/h22, получим

Для значений токов и напряжений, обеспечивающих активный режим работы транзистора, динамическая нагрузка каскада (по переменному току) составляет несколько сотен тысяч Ом. Это ухудшает работу каскада (увеличиваются частотные искажения и нелинейные искажения, уменьшается динамиче- ский диапазон усилителя). Реально, выходное сопротивление каскада шунтируется сравнительно невысоким входным сопротивлением следующего каскада. Для согласования динамической нагрузки каскада с входным сопротивлением следующего каскада параллельно Ràí включают шунтирующее сопротивление величиной 10—20 кОм, что при сохранении высокого коэффициента усиления позволяет снизить нелинейные искажения в 5—6 раз и увеличить fâ â 1,5—2 ðàçà.

7.4 Промежуточные каскады

Промежуточные каскады (рис. 3.43) в составе ОУ являются усилителями напряжения с большим коэффициентом усиления. Конкретная реализация определяется структурой входного (ДУ) и выходного (ЭП) каскадов. Промежуточные каскады в современных ОУ (рис. 3.60) чаще всего реализуются на БТ, включенных по схеме с ОЭ, или с использованием составных транзисторов (например, по схеме Дарлингтона).

Схема промежуточного каскада содержит составной транзистор VT1VT3, в коллекторную цепь которого включен транзистор VT2, являющегося динами- ческой нагрузкой (ГСТ) составного транзистора и, одновременно, выполняющий роль элемента связи. Режим транзистора VT2 определяется опорным напряжением (Uîï1), подаваемым со схемы стабилизации. Транзистор VT5 является ГСТ для VT6, задающим напряжение смещения на последующие оконечные каскады. Транзистор VT4 в диодном включении, вместо резистора создает глубокую ООС для транзиcтора VT6.

8 Список литературы

1.Павлов В. Н., Ногин В. Н. Схемотехника аналоговых электронных устройств. М.: Радио и связь,1997. 367 с.

2.Разевиг В. Д. Применение программ P-CAD и РSpice для схемотехни- ческого моделирования на ПЭВМ: В 4 выпусках. М.: Радио и связь, 1992.

3.Воробьев Е. П., Сенин К. В. Интегральные микросхемы производства

СССР и их зарубежные аналоги. М.: РиС, 1990. 350 с.

4.Усилительные устройства / под ред. Головина О. В. М.: Радио и связь,

1993.

5.Разевиг В. Д. Система схемотехнического проектирования MicroCAP 7. М.: Горячая линия—Телеком, 2003. 364 с.

6.http://WWW.spectrum-soft.com.demoform/shtm (адрес в Internet для получения студенческой версии ССМ МС).

Лабораторная работа ¹ 7

ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ЭМИТТЕРНОГО ПОВТОРИТЕЛЯ

1 Цель работы

Изучение физических принципов и определение основных технических характеристик эмиттерного повторителя; машинное моделирование и сравнительный анализ частотных свойств эмиттерного повторителя и резисторного каскада предварительного усиления с использованием системы схемотехниче- ского проектирования Micro Cap 8 (MC 8).

2Задание

2.1Расчетная часть

Используя данные о величине элементов принципиальной схемы и параметров применяемого транзистора, для каждого из двух способов включения ОЭ и ОК (резисторный каскад предварительного усиления — каскад с общим эмиттером ОЭ, и эмиттерный повторитель — каскад с общим коллектором ОК), рассчитать:

•сквозные коэффициенты усиления по напряжению в области средних частот К*îý, Ê*îê;

•коэффициент усиления по напряжению в области средних частот Кîý, Êîê;

•нижние f*í îý è f*í îê и верхние f*â îý è f*â îê граничные частоты, обусловленные влиянием входной цепи исследуемых каскадов для нормированных сквозных коэффициентов усиления;

• нижние fí îý è fí îê и верхние fâ îý è fâ îê граничные частоты, обусловленные влиянием выходной цепи исследуемых каскадов для нормированных коэффициентов усиления по напряжению.

2.2 Экспериментальная часть

Для компьютерных моделей резисторного каскада при включении транзистора по схеме с ОЭ-усилителя и с ОК — эмиттерного повторителя:

2.2.1 — получить амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) сквозного коэффициента усиления K* и коэффициента усиления по напряжению K,

314 Глава вторая. Описание лабораторных работ по ОС и РПрУ

схемы резисторного усилительного каскада и эмиттерного повторителя. При исследовании частотных свойств они помогают реализовывать схемы, в которых, в значительной степени, разделено влияние входных и выходных цепей. Одновременно можно получать амплитудно-частотные характеристики каскадов и сквозные амплитудно-частотные характеристики.

В машинном эксперименте в качестве базовой используется схема лабораторного макета, что приближает его к натурному эксперименту с учетом особенностей работы с пакетом программ МС 8. Программа дает возможность исследовать влияние входных или выходных цепей схемы на всей области частот. Нормирование их по усилению на средней частоте и построение их в одной системе координат позволяет наглядно сравнить частотные свойства резисторного каскада (схема с ОЭ) и эмиттерного повторителя (схема с ОК).

На рис. 7.1 входной сигнал от источника (V2), обладающего внутренним сопротивлением R1, поступает на схему усилителя через разделительный конденсатор С1(или через параллельное соединение С1 и С2). Резисторы R2 и R3 обеспечивают активный режим работы транзистора, задавая напряжение смещения Uáý0. Резисторы R4 и R5 применяются для получения требуемого постоянного напряжения на коллекторе транзистора Uêý0 и для снятия усиленного напряжения при включении транзистора по схеме с ОЭ и ОК, соответственно. Конденсатор С3 при подключении к R5 служит для устранения отрицательной обратной связи (ООС) из-за R5 по переменному току в схеме с ОЭ, а при подключении к R4 обеспечивает включение транзистора по схеме с ОК. Емкости С4 и С5 играют роль разделительных конденсаторов, исключая протекание постоянной составляющей выходного тока через нагрузку, которую моделируют резистор R6 и конденсатор С6. Источник питания V1 является источником мощности для усиливаемого входного сигнала и одновременно обеспечивает активный режим работы транзистора.

3.2 Расчетная часть

Расчет параметров усилительного каскада проводится с использованием значений элементов принципиальной схемы и эквивалентной схемы транзистора (схема Джиаколетто).

3.2.1.Расчет коэффициента усиления каскада по напряжению К и

ЭДС К* проводится на средней частоте (fñð = 1000 Гц) для последующего сравнения с результатами машинного моделирования.

3.2.2.Расчет граничных частот полосы пропускания по заданной величи- не частотных искажений проводят по формулам для Мí è Ìâ.

3.3 Машинное моделирование

Частотные свойства резисторного каскада на транзисторе VT1 изучаются с применением моделирования принципиальной схемы усилителя во всей области частот на ЭВМ с учетом свойств источника сигнала и влияния второго каскада (на транзисторе VT2), полученных при:

• исследовании принципиальной схемы каскада;

• исследовании полной эквивалентной схемы каскада.

Машинный эксперимент по исследованию свойств резисторного каскада проводится на ПЭВМ с использованием системы схемотехничекого моделирования Мicro Cap8 (MC8).

Предполагается, что:

•студенты знакомы с основами работы операционной системы WINDOWS 98 (или более поздними версиями);

•имеют доступ к сети INTERNET и в состоянии, по указанному в п. 8 настоящего описания адресу, получить инсталляционные файлы студен- ческой версии программы mc8demo.exe или приобрести эту программу на CR дисках.

Ðèñ. 7.2

Главное окно в верхней строке в подкаталоге \DATA укажет присвоенное ЭВМ или, выбранное вами, имя вводимой принципиальной схемы (имя файла с расширением .CIR), которое используется для описания схемы во внутреннем формате МС8 (название файла может отличаться от указанного).

Для ввода элементов принципиальной схемы в меню главного окна выбирают команду FILE, затем, в ниспадающем меню, строку New и последовательно вводят элементы принципиальной схемы описания, соответствующие исследуемой частотной области (рис. 7.9).

Применяемые в принципиальной схеме наиболее часто встречающиеся компоненты (конденсаторы, резисторы, индуктивности) выбираются курсо-

316 Глава вторая. Описание лабораторных работ по ОС и РПрУ

ром, активируются левой кнопкой мыши и затем помещаются в нужном месте схемы. Указанные компоненты размещены на второй строчке меню главного окна или окна команд.

При необходимости коррекции некоторых элементов принципиальной схемы необходимо вначале удалить соответствующий элемент (компонент), нажав левой кнопкой мыши на левую стрелку в третьей строчке окна главного меню, активизировать режим редактирования элементов или компонентов схемы (Select Mode — рис. 7.2). Затем, подведя курсор к компоненту, нажать левую кнопку мыши. При этом подсвечивается, обычно зеленым цветом, компонент или соответствующий текст на принципиальной схеме и затем, войдя в меню EDIT, на выпадающем подменю выбирают CUT (рис. 7.3) и удаляют необходимые атрибуты. Альтернативным вариантом при удалении компонентов схемы является применение пиктограммы Cut (или Ctrl-X) на панели инструментов (ножницы). Возникающие трудности при удалении элементов или вводе новых устраняются с использованием программы HELP главного меню.

Ðèñ. 7.3

Перемещение компонента на экране производится при нажатой левой кнопке, а при необходимости изменить положение компонента, щелкают правой кнопкой при нажатой левой кнопке. При отпускании левой кнопки местоположение компонента фиксируется и в ниспадающем меню (например,

Ðèñ. 7.4

Resistor, рис. 7.4) появляется название компонента и предложение присвоить ему позиционное обозначение PART (предлагаемое обозначение может быть изменено на любое при активизации указанной строки левой кнопкой мыши).

Затем указывается величина VALUE компонента. Присвоенное компоненту название и величина будут изображаться в главном окне при вводе принципиальной схемы, если подcвеченный параметр помечен галочкой SHOW. При вводе значения параметров допускается использование масштабных коэффициентов:

Масштабный коэффициент может содержать и другие дополнительные символы, которые программа игнорирует. То есть величина емкости в 5 пФ может быть введена: 5PF или 5Р, или 5Е-12. В ниспадающем меню может вводиться информация о мощности, рассеиваемой на компоненте, типе корпуса, стоимости, что необходимо для дальнейшего использования в программе PCAD при разработке топологии печатной платы и оценке стоимости устройства (если это предполагается в задании). Подтверждением окончания ввода любого компонента является нажатие клавиши OK. Если какие-либо сведения введены неверно, то активизация (нажатие панели) Cancel, отменяет всю введенную информацию о компоненте.

318 Глава вторая. Описание лабораторных работ по ОС и РПрУ

При вводе транзистора типа PNP, которого нет в списке основных компонентов, необходимо выполнить команду Components в меню главного окна и на дополнительном меню, разворачивающемся вправо, выбрать Analog Primitives и из предлагаемого списка устройств (рис. 7.5) выбрать Active Devices, а затем, на закладке активных компонентов — PNP.

Ðèñ. 7.5

На ниспадающем меню (рис. 7.6) выбирается: позиционное обозначениекомпонента PART, его характеристика VALUE, определяющая активный режим, и тип транзистора MODEL.

Поскольку в библиотеке МС8 нет отечественных транзисторов, необходимо ввести параметры модели транзистора КТ326В в подсвеченных окнах

Source: Local text area of C:\MC7DEMO\DATA\EMP.CIR (или Vamemli.CIR) вместо представленных на рис. 7.6, нажав предварительно кнопку New:

VJC = 0.69, MJC = 0.33, FC = 0.5, TF = 160.2P, XTF = 2, VTF = 10, ITF = 0.1, PTF = 0, TR = 40.04N, EG = 1.11, XTB = 1.5, XTI = 3, остальные параметры модели транзистора принимаются по умолчанию.

Модель генератора гармонических сигналов задается последовательным выбором на панели компонентов (Component) главного окна,затем Analog

Ðèñ. 7.6

Primitives → Waveform Sources → Sine Source. На выпадающем меню Sine Source (рис. 7.7) выбирают, нажатием на панель New, режим формирования параметров новой модели. Затем последовательно вводят параметры модели (аналогично вводу компонентов рис. 7.4, рис. 7.6) присваивая обозначение PART и тип модели MODEL SG. Параметры модели F, A, DC и т. д. вводятся в соответствии с рис. 7.7.

Источник питания вводится активизацией кнопки Battery в строке основных компонентов меню главного окна. После размещения символа источника питания в соответствующем месте принципиальной схемы и нажатия левой кнопки мыши, в выпадающем меню задают параметры источника питания в соответствие с рис. 7.8 (порядковый номер источнику питания может быть присвоен другой — не V3).

Cоединительные линии между элементами схемы прочерчивают используя кнопку ввода ортогональных проводников Wire Mode на панели инструментов или Diagonal Wire Mode для изображения наклонных линий (рис. 7.2).

Надписи в графическом окне, сделанные ранее, отображаются на экране при активированной кнопке Grid Text (рис. 7.2), а вновь вводимые только при