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 | ![]() | tос | Ск |
- | - | МГц | пс | пФ | ||
КТ306Г | 5 100 |
Ток покоя коллектора I0К =4 мА
Напряжение источника питания Е0=12 В
Расчёт точки покоя
Задаём значение = 0,1*Е0=1,2 В, UБЭ=0,6 В
Вычисляем: =
=
= ;
=
= ;
=
= ;
=
= ;
где IOБ = IОК/h21 =
=
+
=
=
=
=
=
H11=UБЭ/IОБ=
=
=
Вычисление на Fastmean тока покоя транзистора I0К.
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 UКЭ= Е0- I0К(RK+RЭ) 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= rб'б + rб'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
U2max необходимо построить нагрузочную прямую по сигналу, проходящую через
точку покоя А. Полагая, что максимальная неискажённая амплитуда выходного тока iк max равна току покоя IОК, определяем максимальную амплитуду выходного напряжения
Um max= iк maxRН , где RН = RК║R2Н .
Отложим на этом рисунке по горизонтальной оси напряжение, равное
UОК+ Um 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 КСКВ 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 R1И и нагрузки R2Н
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 tН и спад вершины импульса D%. Связь между длительностью импульса tИ типа ”меандр“ и частотой следования определяется периодом Т: tИ=Т/2, Т=1/ f. В итоге f=1/2tИ.
Определение влияния на АЧХ и ПХ изменений емкостей разделительных конденсаторов СР1, CР2.
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 СЭ=0)
Эквивалентная схема каскада ОЭ с отрицательной ОС
Эквивалентная схема каскада ОЭ с ООС (при СЭ=0)
3.3.2 Изучение влияния обратной связи на АЧХ и ПХ каскада .
Перед работой на компьютере следует выполнить предварительный расчёт КСКВ F на средней частоте и частоту верхнего среза F.
,
где
,
где F=1+
N п.п. | КСКВ,F | ![]() | ![]() | ![]() | D,F | Примечание |
дБ | кГц | МГц | нс | % | ||
tи=25мкс, tи=1250мкс |
3.3.3 Определение влияния изменений емкостей разделительных конденсаторов Ср1, Cр2 на параметры АЧХ и ПХ.
Для определения влияния емкостей разделительных конденсаторов Сp1 и Сp2 на АЧХ и ПХ необходимо придать им значения Ср1=Ср2=1.0мкФ и 0.1 мкФ.
N п.п. | Ср1=Ср2 | КСКВ, 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 СЭ1 для
получения максимальной частоты верхнего среза .при заданном КСКВ,F
Рис. 13. Принципиальная схема каскада ОЭ с отрицательной частотно-зависимой
обратной связью.
Частотно-зависимая ОС (рис.13) позволяет увеличить .
Задано КСКВ F =10.
Для реализации заданного КСКВ F =10 на средних частотах необходимо рассчитать RЭ1 и RЭ2 из выражений
,
RЭ2 = RЭ - RЭ1.
Рис. 14. Эквивалентная схема каскада ОЭ с отрицательной частотно-зависимой ОС
Все значения резисторов, кроме RЭ1 и RЭ2 , соответствуют табл.3. Ёмкости конденсаторов
Ср1= Cр2=1мкФ, CЭ2=10мкФ, а значение ёмкости CЭ1 задать равным нулю (CЭ1=0).
Для вычисления параметров АЧХ необходимо ввести в компьютер схему и сделать расчёт КСКВ F, и занести результаты в таблицу.
Далее, задав диапазон изменения ёмкости СЭ1=200…1200 пФ, опять вычислить параметры АЧХ.
Значение ёмкости СЭ1, которое реализует максимально плоскую АЧХ по уровню -3 дБ, будет оптимальным СЭ1= С опт.
N п.п. | СЭ1 | КСКВ 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 tИ и спад вершины импульса D при СЭ1= 0 и СЭ1= С опт.