Расчет функций АЧХ и ПХ с помощью Fastmean

Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича.

Лабораторная работа №1

по дисциплине

«Схемотехника телекоммуникационных устройств»

на тему:

“Исследование свойств модели резисторного каскада с общим

эмиттером в частотной и временной областях на ПК”

Выполнила: Иккерт Е.В. гр. ИКТ-115

Преподаватель: Климова П.В., Филин В.А.

Проверил (-а): Климова П.В.

Санкт-Петербург, 2013

Цель работы:

Изучить свойства каскада ОЭ в режиме малого сигнала в частотной и временной областях. Исследовать влияние сопротивлений источника сигнала и нагрузки. Изучить изменение свойств каскада ОЭ при введении отрицательной обратной связи (ООС). Исследования проводятся на компьютере с использованием программы “Fastmean”.

Тип и параметры исследуемого транзистора:

N п.п.	Тип	h21min	h21max	при f	tос	Ск
-	-	МГц	пс	пФ
	КТ306Г			5 100

Ток покоя коллектора I_0К =4 мА

Напряжение источника питания Е₀=12 В

Расчёт точки покоя

Задаём значение = 0,1*Е₀=1,2 В, U_БЭ=0,6 В

Вычисляем: =

= = ; = = ;

= = ; = = ;

где I_OБ = I_ОК/h₂₁ =

= + =

= =

= =

H₁₁=U_БЭ/I_ОБ=

= =

Вычисление на Fastmean тока покоя транзистора I_0К.

параметр	RБ1	RБ2	RK	RЭ	h21	E0	I0К
единица изм.	кОм	кОм	кОм	кОм	-	В	мА
расчёт
на Fastmean

Построение нагрузочной линии по постоянному току.

По полученным результатам определить напряжение на транзисторе U_КЭ= Е₀- I_0К(R_K+R_Э) и построить нагрузочную линию для постоянного тока. Отметить на ней точку покоя А.

Исследование свойств каскада ОЭ по сигналу

( в частотной и временной областях).

Принципиальная схема каскада с ОЭ.

Расчёт элементов модели транзистора по сигналу.

Эквивалентная модель биполярного транзистора для сигнала.

Рассчитать значения:

= ; = ;

= ;

h₁₁= r_б'б + r_б'э= ; = = ;

= ×f= ;

где - частота единичного усиления (h₂₁=1), а = , причём

k = 1.38× Дж/ - постоянная Больцмана;

T - Температура в градусах Кельвина; q = 1.6× Кл – заряд электрона.

Значит = (мВ). При комнатной температуре =26 мВ

Составление эквивалентной схемы каскада ОЭ

Эквивалентная схема каскада ОЭ для малого сигнала.

е1m

R1И

Ср1

Rб

rб'б

rб'э

Сб'э

СК

h21

RЭ

СЭ

RК

Ср2

R2Н

мВ

кОм

мкФ

кОм

Ом

Ом

пФ

пФ

Ом

мкФ

кОм

мкФ

кОм

0.1

1.0

1.0

Построение нагрузочной линии по сигналу

Для определения амплитуды максимально - допустимого выходного напряжения

U_2max необходимо построить нагрузочную прямую по сигналу, проходящую через

точку покоя А. Полагая, что максимальная неискажённая амплитуда выходного тока i_{к max} равна току покоя I_ОК, определяем максимальную амплитуду выходного напряжения

U_{m max}= i_{к max}R_Н , где R_Н = R_К║R_2Н .

Отложим на этом рисунке по горизонтальной оси напряжение, равное

U_ОК+ U_{m max}(точка В). Соединив точки А и В прямой, получим нагрузочную линию по сигналу для данной точки покоя.

Нагрузочная линия проходит и в сторону увеличения тока относительно точки А.

Расчет функций АЧХ и ПХ с помощью Fastmean.

Предварительный расчёт К_СКВ на средней частоте и частота верхнего среза .

=

=

N п.п.	I0К	КСКВ	fн	fв		D	Примечание
мА	дБ	кГц	МГц	нс	%	при tИ=25мкс, tИ=1250 мкс
	I0К
	2I0К*

Определение влияния на параметры АЧХ и ПХ изменений

сопротивлений источника сигнала R_1И и нагрузки R_2Н

N п.п.	R1И	R2Н	КСКВ				D	Примечание
кОм	кОм	дБ	кГц	МГц	нс	%
	0,1							tи=25мкс, tи=1250мкс
	0,5
	0,1	0,5
	0,5	0,5

Для измерения параметров ПХ в исследуемой схеме необходимо заменить генератор гармонического сигнала на импульсный и вычислить время нарастания t_Н и спад вершины импульса D%. Связь между длительностью импульса t_И типа ”меандр“ и частотой следования определяется периодом Т: t_И=Т/2, Т=1/ f. В итоге f=1/2t_И.

Определение влияния на АЧХ и ПХ изменений емкостей разделительных конденсаторов С_Р1, C_Р2.

N п.п.	Ср1=Ср2	КСКВ	fн	fв		D	Примечание
мкФ	дБ	кГц	МГц	нс	%	при tИ=25 мкс, tИ=1250 мкс СЭ=10мкФ
	1.0
	0.1

Влияние отрицательной обратной связи (ООС) на свойства каскада с ОЭ.

Принципиальная схема каскада ОЭ с отрицательной обратной связью (при С_Э=0)

Эквивалентная схема каскада ОЭ с отрицательной ОС

Эквивалентная схема каскада ОЭ с ООС (при С_Э=0)

3.3.2 Изучение влияния обратной связи на АЧХ и ПХ каскада .

Перед работой на компьютере следует выполнить предварительный расчёт К_{СКВ F} на средней частоте и частоту верхнего среза F.

,

где

,

где F=1+

N п.п.	КСКВ,F	.F	F	F	D,F	Примечание
дБ	кГц	МГц	нс	%
						tи=25мкс, tи=1250мкс

3.3.3 Определение влияния изменений емкостей разделительных конденсаторов С_р1, C_р2 на параметры АЧХ и ПХ.

Для определения влияния емкостей разделительных конденсаторов С_p1 и С_p2 на АЧХ и ПХ необходимо придать им значения С_р1=С_р2=1.0мкФ и 0.1 мкФ.

N п.п.	Ср1=Ср2	КСКВ, F	F			D,F	Примечание
	мкФ	дБ	кГц	МГц	нс	%
	0.1						tи=25мкс tи=1250мкс
2.	1.0

3.2 Исследование свойств каскада ОЭ с частотно-зависимой

обратной связью

3.4.1 Определение величины корректирующей емкости конденсатора С_Э1 для

получения максимальной частоты верхнего среза .при заданном К_СКВ,F

Рис. 13. Принципиальная схема каскада ОЭ с отрицательной частотно-зависимой

обратной связью.

Частотно-зависимая ОС (рис.13) позволяет увеличить .

Задано К_{СКВ F} =10.

Для реализации заданного К_{СКВ F} =10 на средних частотах необходимо рассчитать R_Э1 и R_Э2 из выражений

,

R_Э2 = R_Э - R_Э1.

Рис. 14. Эквивалентная схема каскада ОЭ с отрицательной частотно-зависимой ОС

Все значения резисторов, кроме R_Э1 и R_Э2 , соответствуют табл.3. Ёмкости конденсаторов

Ср₁= Cр₂=1мкФ, C_Э2=10мкФ, а значение ёмкости C_Э1 задать равным нулю (C_Э1=0).

Для вычисления параметров АЧХ необходимо ввести в компьютер схему и сделать расчёт К_{СКВ F}, и занести результаты в таблицу.

Далее, задав диапазон изменения ёмкости С_Э1=200…1200 пФ, опять вычислить параметры АЧХ.

Значение ёмкости С_Э1, которое реализует максимально плоскую АЧХ по уровню -3 дБ, будет оптимальным С_Э1= С _опт.

N п.п.	СЭ1	КСКВ F	.F	,F		D,F	Примечание
	пФ		кГц	МГц	пс	%
							tи=25 мкс tи=1250 мкс
	СЭ1= С опт

3.4.2 Измерение параметров ПХ.

_,

Для измерения параметров ПХ в схеме необходимо заменить генератор гармонического сигнала на импульсный и вычислить время нарастания t_И и спад вершины импульса D при С_Э1= 0 и С_Э1= С _опт.