Определение показателей нелинейности и выбор оптимального режима
Полученные коэффициенты аппроксимации используем для определения параметров нелинейности и коэффициентов интермодуляционных искажений в широком диапазоне смещений , что позволит выбрать по этому виду нелинейности оптимальный режим, при котором стремится к нулю, а коэффициент усиления В0 максимально возможный. Заметим, что экспериментальные определения коэффициентов и параметров нелинейности на основе ниже поясняемого двухсигнального метода связано с громоздкими измерениями. При этом определение оптимального режима становится вовсе проблематичным [18, 22].
Рис
2. Экспериментальная
(пунктиром) и теоретическая
кривые (аппроксимирующий полином) и
полученная зависимость
в функции от напряжения затвора
усилителя на ПТ 2П902А
Для
определения
найдем первую и вторую производные
полинома
,
значение которых целесообразно занести
в табл. 3, совмещая их с данными самого
полинома в тех же контрольных точках.
(29)
Тогда с учетом коэффициентов найденного полинома (28) имеем
(30)
Далее
по формуле (11) вычисляем
,
который заносим в табл. 3 и по ее данным
строим совмещенные зависимости
и
в функции от напряжения
и определяем оптимальный режим, при
котором параметр
имеет минимальное значение при максимально
возможном коэффициенте усиления
(рис. 2).
Таблица 3
, В |
0 |
0,4 |
0,8 |
1,2 |
1,6 |
2,0 |
2,4 |
2,8 |
3,2 |
3,6 |
4,0 |
|
0,000574 |
1,5964132 |
6,605958 |
10,901099 |
13,88494 |
16,013656 |
17,65900 |
18,873555 |
19,6215 |
20,0416 |
20,3008 |
|
- |
18,106298 |
7,897901 |
-8,6577368 |
-5,2373952 |
-2,822148 |
-2,646064 |
-3,033736 |
-2,12276 |
-0,5938 |
-4,3992 |
1/В2 |
- |
5,67 |
0,6 |
-0,4 |
-0,19 |
-0,088 |
-0,075 |
-0,08 |
-0,054 |
-0,015 |
-0,108 |
,
По
данным табл. 3 и графикам (рис. 2) легко
определить, что оптимальный режим
составляет
≈3,6
В, при этом имеет место максимальное
ослабление комбинационных составляющих
3-го порядка с амплитудами
и частотами
и
.
Коэффициент
интермодуляционных составляющих
,
соответствую-щий этому ослаблению,
согласно формуле (4) при амплитуде
бигармоничес-кого интермодулирующего
сигнала на выходе
В равен:
=0,25·
·0,142=0,0000735
или в дБ: (дБ) = 20lq k3 = 20lq0,0000735 ≈ 83 дБ (рис. 4 ). (6.35)
При этом амплитуды бигармонической комбинационной (интермодуляционной) составляющей с упомянутыми частотами и равны
=
0,0000735·0,14·10
≈10
мкВ.
Безупречная
точность приведенного расчета
подтверждается на основе известного
двухсигнального метода измерения
соответствующих коэффициентов
нелинейности. Метод состоит в том, что
на вход усилителя подают два равных
сигнала
и
с частотами
и
,
находящимися в полосе пропускания
усилителя (рис. 3).
Рис. 3. Схема для измерения коэффициентов нелинейности k2 и k3
Рис. 4. Вид интермодулирующих U1 = U2 и интермодуляционных Uk3 спектральных составляющих на экране анализатора спектра
На выходе усилителя образуются ПНП третьего порядка с частотами и и амплитудами Uk3, измеряемые анализатором спектра.
Ослабление
ПНП третьего порядка (амплитуда
)
относительно бигармонического сигнала
,
характеризуемое коэффициентом
интермодуляции третьего порядка
,
измеряется непосредственно анализатором
спектра в логарифмическом масштабе (в
дБ) - формула (31).
Выводы
1. В выполненной курсовой работе на основе аппроксимации заданной экспериментальной зависимости коэффициента усиления в функции от нап-ряжения смещения «затвор-исток» Кэ = f ( Uзи ) усилительного каскада на полевом транзисторе 2П902А и гармонического анализа с использованием метода «мгновенного коэффициента передачи» (МКП) определены парамет-ры нелинейности третьего порядка Н3 во всем интервале смещений Uзи и вы-бран оптимальный режим усилителя, при котором Н3 стремится к нулю при максимально возможном коэффициенте усиления Кэ = Во.
2. Выбранный оптимальный режим соответствует Uзи ≈ 3,6 В, параметр нелинейности Н3 = (- 0,015) 1/ В2 .
В выбранном оптимальном режиме коэффициент интермодуляционных искажений третьего порядка составил k3 -83 дБ при уровне амплитуд бигар-монического сигнала на входе усилителя U1 = U2 = Uс = 0,14 В (рис. 2 и 4).
При этом уровень амплитуды комбинационной (интермодуляционной) со-ставляющей третьего порядка составил Uk3 ≈ 10 мкВ.
Таблица вариантов заданий
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
|
Транзистор |
Uзи,В |
0 |
0,4 |
0,8 |
1,2 |
1,6 |
2,0 |
2,4 |
2,8 |
3,2 |
3,6 |
4,0 |
1 |
2П902А(0) |
Кэ |
0 |
0,01 |
0,5 |
3,1 |
5,65 |
8,2 |
10,1 |
11,7 |
13,15 |
14,3 |
15,5 |
2 |
2П902А(1) |
Кэ |
0 |
6,62 |
11,5 |
15 |
16,8 |
18 |
18,85 |
19,55 |
20,0 |
20,1 |
20,2 |
3 |
2П902А(3) |
Кэ |
0 |
4,4 |
9,8 |
13 |
15,7 |
17,75 |
19,3 |
20,0 |
20,55 |
20,8 |
21,15 |
4 |
2П902А(1S) |
Кэ |
0 |
5,4 |
10,8 |
15,5 |
18,35 |
20,7 |
21,8 |
22,2 |
22,55 |
22,85 |
23,0 |
5 |
2П902А(4) |
Кэ |
0 |
2,18 |
8,95 |
13,1 |
16 |
17,8 |
19,2 |
20,1 |
20,8 |
21,0 |
21,1 |
6 |
2П902А(4S) |
Кэ |
0 |
1,22 |
3,45 |
12,7 |
16,45 |
19,5 |
21,5 |
22,5 |
22,6 |
22,62 |
22,61 |
|
Транзистор |
Uзи,В |
-1,5 |
-1,2 |
-0,9 |
-0,6 |
-0,3 |
0 |
0,3 |
0,6 |
0,9 |
1,2 |
1,5 |
7 |
2П905А(14) |
Кэ |
0 |
0,4 |
1,28 |
3,65 |
8,4 |
14,5 |
19,2 |
21,15 |
22,9 |
22,95 |
22,5 |
8 |
2П905А(14S) |
Кэ |
0 |
0,08 |
0,5 |
1,85 |
7,5 |
15,33 |
21,33 |
25,28 |
25,0 |
24,0 |
22,8 |
9 |
2П905А(26) |
Кэ |
2,0 |
3,58 |
5,82 |
9,35 |
14,8 |
21,0 |
25,4 |
28,15 |
29,5 |
29,49 |
29,1 |
10 |
2П905А(26S) |
Кэ |
0,6 |
1,4 |
2,8 |
5,4 |
10,0 |
16,0 |
20,8 |
23,7 |
25,0 |
25,5 |
25,6 |
11 |
2П905А(119) |
Кэ |
0 |
4,57 |
10,5 |
15,18 |
18,6 |
20,52 |
21,38 |
22,0 |
22,18 |
21,48 |
19,1 |
12 |
2П905А(119J) |
Кэ |
0 |
0,6 |
2,6 |
6,8 |
12,2 |
18,6 |
25,6 |
32,8 |
39,8 |
46,8 |
53,2 |
13 |
2П905А(262) |
Кэ |
0 |
0,3 |
0,9 |
2,1 |
6,38 |
12,0 |
16,12 |
18,9 |
20,05 |
20,1 |
19,7 |
14 |
2П905А(262J) |
Кэ |
0 |
0,2 |
0,6 |
1,35 |
2,62 |
4,8 |
9,1 |
14,78 |
21,4 |
29,15 |
37,6 |
|
Транзистор |
Uзи,В |
-1,5 |
-1,2 |
-0,9 |
-0,6 |
-0,3 |
0 |
0,3 |
0,6 |
0,9 |
1,2 |
1,5 |
15 |
2П907А(1) |
Кэ |
0,7 |
3,7 |
11,9 |
19,1 |
23,6 |
26,2 |
27,2 |
27,45 |
27,3 |
27,1 |
26,6 |
16 |
2П907А(1S) |
Кэ |
1,0 |
2,0 |
15,0 |
27,5 |
45,0 |
59,0 |
72,0 |
82,5 |
90,0 |
94,0 |
95,5 |
17 |
2П907А(3) |
Кэ |
1,1 |
1,5 |
2,25 |
3,7 |
7,0 |
16,0 |
18,4 |
19,5 |
20,25 |
20,8 |
21,15 |
18 |
2П907А(3J) |
Кэ |
4,0 |
4,2 |
4,62 |
5,6 |
8,35 |
42,0 |
56,5 |
71,0 |
85,2 |
99,5 |
113 |
|
Транзистор |
Uзи,В |
-12 |
-11,3 |
-10,6 |
--9,9 |
-9,2 |
-8,5 |
-7,8 |
-7,1 |
-6,4 |
-5,7 |
-5,0 |
19 |
2П601А(398) |
Кэ |
0 |
4,12 |
16,1 |
19,0 |
19,8 |
19,78 |
19,52 |
19,08 |
18,5 |
17,9 |
17,32 |
20 |
2П601А (398S) |
Кэ |
0 |
2,6 |
15,0 |
23,0 |
31,5 |
34,0 |
30,8 |
35,3 |
30,4 |
30,8 |
34,0 |
21 |
2П601А (398J) |
Кэ |
0 |
0,3 |
9,0 |
23,5 |
43,0 |
66,0 |
89,0 |
112 |
135 |
157,7 |
180 |
22 |
2П601А (401) |
Кэ |
0 |
13,0 |
17,0 |
18,35 |
18,58 |
18,42 |
18,12 |
17,7 |
17,15 |
16,56 |
15,9 |
23 |
2П601А(401S) |
Кэ |
0 |
10,2 |
22,3 |
25,45 |
27,5 |
28,4 |
28,85 |
29,1 |
29,2 |
29,2 |
29,2 |
24 |
2П601А(401J) |
Кэ |
0 |
2,3 |
16,9 |
40,0 |
60,0 |
80,0 |
100 |
120,5 |
140,5 |
161 |
181 |
|
Транзистор |
Uзи,В |
-5,6 |
-5,2 |
-4,8 |
-4,4 |
-4,0 |
-3,6 |
-3,2 |
-2,8 |
-2,4 |
-2,0 |
-1,6 |
25 |
2П601Б(1) |
Кэ |
0 |
3,6 |
13,4 |
17,7 |
19,5 |
20,4 |
20,45 |
20,5 |
20,5 |
20,48 |
20,25 |
26 |
2П601Б(1J) |
Кэ |
0 |
0,45 |
5,0 |
14,0 |
24,5 |
37,0 |
45,0 |
58,0 |
68,0 |
79,0 |
88,0 |
27 |
2П601Б(2) |
Кэ |
0 |
1,69 |
7,22 |
10,0 |
11,5 |
12,25 |
12,6 |
12,75 |
12,8 |
12,9 |
12,9 |
28 |
2П601Б(2J) |
Кэ |
0 |
0,36 |
4,6 |
12,9 |
23,2 |
35,0 |
46,0 |
57,0 |
66,5 |
78,0 |
88,0 |
29 |
2П601Б(3) |
Кэ |
0 |
2,82 |
9,7 |
12,2 |
13,25 |
13,8 |
14,0 |
14,3 |
14,4 |
14,45 |
14,47 |
30 |
2П601Б(3J) |
Кэ |
0 |
0,212 |
2,25 |
6,1 |
10,4 |
15,0 |
19,5 |
24,3 |
28,8 |
34,0 |
39,0 |
|
Транзистор |
Uзи,В |
-7,4 |
-7,0 |
-6,6 |
-6,2 |
-5,8 |
-5,4 |
-5,0 |
-4,6 |
-4,2 |
-3,8 |
-3,4 |
31 |
КП601А(1) |
Кэ |
0 |
0,2 |
3,55 |
10 |
13,5 |
14,9 |
15,5 |
16,0 |
16,2 |
16,1 |
16,05 |
32 |
КП601А(2) |
Кэ |
0 |
0,18 |
3,4 |
9,0 |
12,1 |
13,5 |
14,2 |
14,7 |
14,9 |
15,0 |
14,9 |
33 |
КП601А(3) |
Кэ |
0 |
0,16 |
2,75 |
7,7 |
10,5 |
11,9 |
12,5 |
13,0 |
13,05 |
13,1 |
13,2 |
34 |
КП601А(4) |
Кэ |
0 |
0,4 |
5,35 |
13,5 |
17,2 |
19,0 |
20,0 |
20,8 |
20,9 |
20,95 |
20,8 |
35 |
2П903А(1) |
Кэ |
0 |
1,95 |
5,78 |
19,7 |
25,0 |
28,0 |
28,9 |
29,5 |
29,5 |
29,1 |
28,95 |
36 |
2П903А(2) |
Кэ |
0 |
0,74 |
3,42 |
13,2 |
17,9 |
20,2 |
23,3 |
22,0 |
22,1 |
22,2 |
22,1 |
37 |
2П903А(3) |
Кэ |
0 |
1,0 |
2,75 |
10,5 |
14,8 |
16,85 |
18,1 |
18,9 |
19,5 |
19,4 |
19,3 |
38 |
2П903А(4) |
Кэ |
0 |
0,18 |
4,65 |
8,4 |
10,2 |
11,5 |
11,95 |
12,3 |
12,6 |
12,8 |
12,7 |
|
Транзистор |
Uзи,В |
0,5 |
0,52 |
0,54 |
0,56 |
0,58 |
0,6 |
0,62 |
0,64 |
0,66 |
0,68 |
0,7 |
39 |
2Т904А |
Кэ |
0 |
1,0 |
1,7 |
4,0 |
10,0 |
21,0 |
39,0 |
65,5 |
97,5 |
125 |
125 |
40 |
2Т913А |
Кэ |
0 |
1,0 |
1,2 |
2,0 |
3,8 |
8,8 |
18,0 |
32,0 |
54,0 |
76,0 |
94,0 |
Продолжение таблицы
|
Транзистор |
Uзи,В |
-4,0 |
-3,6 |
-3,2 |
-2,8 |
-2,4 |
-2,0 |
-1,6 |
-1,2 |
-0,8 |
-0,4 |
0 |
41 |
КП906А(1) |
Кэ |
0 |
1,98 |
10,07 |
16,8 |
19,0 |
20,3 |
21,4 |
21,9 |
22,2 |
22,2 |
22,1 |
42 |
КП906А(2) |
Кэ |
0 |
0,34 |
4,4 |
13,7 |
19,0 |
21,5 |
22,8 |
23,4 |
23,8 |
23,9 |
23,9 |