Усилительные каскады с общей базой.

Готовую схему усилителя с общей базой можно найти в Интернете в файле book-cir, к которому апеллируют авторы пособия [3]. Саму схему, конечно, можно найти в учебниках [1,2], но автор или авторы этой схемы уже подобрали характеристики компонент так, чтобы усилитель в самом деле усиливал, а если схему взять из учебника, придется это делать самостоятельно.

Рис. 9.1. Усилитель с общей базой.

Усиление по напряжению можно видеть на графиках напряжений входа и выхода.

Рис. 9.2. Графики в зависимости от входного сигнала.

Коэффициент примерно равен 60. Новое в анализе этого каскада это многовариантность. Построены графики при четырех значениях ЭДС V2, от 0.01 до 0.08 с логарифмическим шагом 2. В глаза бросается значительно большее искажение входного сигнала по сравнению с усилителем с общим эмиттером.

Графики частотного анализа магистры изучают самостоятельно.

Рис. 9.2. Частотный анализ.

Вопросы и задачи.

1) Повторить процедуры анализов и получить идентичные авторским графические и численные результаты.

2) Как работает логарифмический шаг и что это такое?

3) Как запустить многовариантный анализ и как установить в нем число и параметры вариантов?

4) По какой переменной варьируются графики частотного анализа?

5) Как появились надписи на кривых со значениями варьируемой переменной? Как их убрать?

10. Усилители мощности.

Построим усилитель мощности из усилителя с общим эмиттером (Рис. 7.1), следуя тексту пособия [1]. Трансформатор лучше собрать из трех частей, а не использовать готовую компоненту (Transformer). Параметры всех компонент остались теми же что в усилителе с общим эмиттером, кроме сопротивления нагрузки Rn, которое взято наугад равным 10 Ом.

Рис. 10.1. Усилитель мощности.

Движками параметров трансформатора в Анализе переходных процессов добиваемся наибольшей величины пика суммарной мощности на нагрузке и обмотках трансформатора. На графике видим, что она равна 339.225m Вт. Можно убедиться, что при этих параметрах достигается и максимум мощности на нагрузке (136m).

Рис. 10.2. Максимальная мощность.

Если эту нагрузку вставить без трансформатора, то ее мощность будет равна 26.428m. Изменяя нагрузку движком, можно получить максимальную мощность (340.116m Вт) на ней в точке 136.444 Ом. Так как числа 340.116 и 339.225 совпадают в рамках принятой в Micro-Cap точности расчетов, то модель усилителя мощности согласуется с теорией [1]. Следовательно, выходное сопротивление усилителя равно 136.444 Ом.

Вопросы и задачи.

1) Повторить процедуры анализов и получить идентичные авторским графические и численные результаты.

2) Почему трансформатор лучше собрать из трех частей?

3) Убедиться, что максимум суммарной мощности на трансформаторе и нагрузке и максимум мощности на нагрузке достигаются при одних и тех же параметрах трансформатора.

4) Почему выходное сопротивление усилителя равно экстремальному сопротивлению нагрузки?

Усилители напряжения.

Если, следуя [1], собрать двухкаскадный усилитель напряжения из двух усилителей с общим эмиттером, то получится сильное искажение входного сигнала. Дело в том, что амплитуда входного сигнала усилителя из параграфа 7 находится вблизи правой границы рабочей области, расположенной на отрезке [50p,43m]. Коэффициент усиления примерно равен 80. Стоит уменьшить входной сигнал, например, взять его равным 50p, и усилитель заработает с коэффициентом 2400 ÷ 2160 по амплитуде напряжения в рабочей области [50p,1.3m] вольт.

Рис. 11.1. Двухкаскадный усилитель напряжения.

Рис. 11.1. Его усиление напряжения.

Вопросы и задачи.

1) Повторите процедуры анализов и получите идентичные авторским графические и численные результаты.

2) Соберите трехкаскадный усилитель напряжения.

3) Выясните, как влияют на границы рабочих областей усилителей величины сопротивлений и конденсаторов.

4) Соберите двух и трехкаскадные эмиттерные повторители и проведите их анализ.

Усилители постоянного тока.

Однокаскадную схему этого усилителя автору пришлось сочинять самостоятельно.

Рис. 12.1. Однокаскадный усилитель постоянного тока.

Чтобы это сделать, нужно отключить источник сигнала и, задав батареи V1, V2 и резистор нагрузки Rn, последовательно изменяя движками остальные пять резисторов, получить близкие к нулю потенциалы узлов 3 и 5. Транзистор и батарея V1 взяты со схемы Рис. 7.1. Резистор R5 фиктивен, его назначение — измерять ток базы для показа на графике. После этого подключается источник очень медленно меняющегося напряжения и движком его амплитуды устанавливаются границы рабочей зоны усилителя, показанные на рисунке как ограничители движка.

Рис. 12.2. Графики усиления.

В границах полученной рабочей зоны, где сигнал почти не искажается, коэффициент усиления слабо колышется около значения 3.5. При уменьшении сигнала за пределы нижнего ограничителя теряется симметрия относительно нуля входного и выходного сигнала. Вероятно, это связано с наличием внутреннего сопротивления источника и с неточностью установки нулей на входе и выходе.

Схему двухкаскадного усилителя постоянного тока возьмем из пособия [1]. Транзисторы в нее снова вставим из схемы Рис. 7.1. Амплитуду генератора усиленного напряжения V1 чуть увеличим, а амплитуду компенсирующего источника приходится выбирать в процессе настройки усилителя. Сначала настраивается первый каскад, второй от него отсоединяется. Коэффициент усиления получается примерно 10. При настройке первого каскада выявляется дефект программы, который можно нейтрализовать фиктивным сопротивлением R7. После настройки первого каскада к нему подсоединяется второй с величинами сопротивлений, подобными соответствующим сопротивлениям из первого каскада. Настроить двухкаскадный усилитель после этого удается вариацией только параметров второго каскада. С рисунка схемы величины сопротивлений стерты, чтобы озадачить магистров.

Рис. 12.3. Двухкаскадный усилитель постоянного тока.

На графике снова рабочая зона источника задается ограничителями движка. Напряжение, очевидно, на первом каскаде усиливается примерно в 10 раз, на втором еще в 6, итого — 60.

Рис. 12.4. Его графики усиления.

Вопросы и задачи.

1) Повторите процедуры анализов и получите идентичные авторским графические и численные результаты.

2) Проверьте предположение, относящееся к однокаскадному усилителю.

3) Повторите построение для схемы однокаскадного усилителя с исходными данными (по вариантам): Амплитуду , если необходимо, разрешается изменить.

4) Убедитесь, что усилители работают в границах рабочей области транзистора, которые можно увидеть на графиках в окне его параметров.

5) Пользуясь указаниями в тексте спроектируйте усилитель рис. 12.3 по вариантам:

6) Найдите и укажите на графиках выходных характеристик транзисторов параметры точек покоя усилителей ( ).