Исследование однокаскадных транзисторных усилителей. Овладение методикой расчета и экспериментального исследования основных параметров однокаскадных транзисторных усилителей, получение навыков настройки их режимов и снятия частотных характеристик усилителей, страница 2

Таблица 5.2. Частотная характеристика транзисторного усилителя.
	fc, Гц	ec, мВ	Uout, В	Ku, дБ
1	16	64,4	0,011	-15,350
2	32	63,2	0,040	-4,017
3	64	62,2	0,120	5,730
4	128	64,3	0,308	13,607
5	256	61,8	0,638	20,277
6	512	55,2	1,140	26,299
7	1024	43,8	1,620	31,361
8	2048	34,2	1,915	34,963
9	4096	32,9	2,020	35,763
10	8192	32,1	1,900	35,445
11	16384	27,8	1,700	35,728
12	32768	24,4	1,270	34,328
13	65536	26,8	1,588	35,454
14	131072	28,5	0,990	30,816
15	209900	16,0	0,395	27,850

Чтобы построить теоретическую амплитудно-частотную характеристику, найдем ее точки перегиба и асимптоты.

С учетом барьерной емкости коллекторного перехода, коэффициент усиления на высоких частотах определяется выражением:

где a = R_нC_к + τ_h21, C_к – барьерная емкость коллекторного перехода.

 τ_h21 = 0,64 мкс;

a = 8,2*(10^3)*50*(10^(-12)) + 0,64*(10^(-6)) = 1,05 мкс;

Таким образом, частота перегиба f_в:

   f_в = 0,15 МГц;

Частотные свойства усилительного каскада в области низких частот определяются двумя разделительными конденсаторами:

f_1н = 1600 Гц, f_2н = 41 Гц;

Экспериментальная и теоретическая амплитудно-частотные характеристики изображены на рисунке 5.2.

Оценим частоты перегиба экспериментальной характеристики с помощью интерполяции. В области средних частот значение коэффициента усиления около 35 дБ, значит, в точке перегиба должно быть 32 дБ.

В Matlab это выглядит следующим образом:

f1 = [16384 32768 65536 131072 209900];

Ku1 = [35.728 34.328  35.454 30.816 27.850];

interp1(Ku1,f1,32);

f2 = [256 512 1024 2048 4096];

Ku2 = [20.277 26.299 31.361 34.963  35.763];

interp1(Ku2,f2,32)

9.7931e+004

1.2057e+003

Таким образом, экспериментальные значения

f_в = 97 кГц;

f_1н = 1200 Гц;

Относительная погрешность:

5.3. Измерение входного и выходного сопротивления.

5.3.1. Измерение входного сопротивления.

R_изм = 102 Ом;

U_вх = 30,1 м;

Е_с = 36,3 мВ;

R_вх = 495 Ом;

С учетом измеренного входного сопротивления, коэффициент усиления по напряжению в области средних частот имеет значение K_u0 = 81.

5.3.2. Измерение выходного сопротивления.

U_xx = 4,05 В;

U_н = 3,31 В;

R_вых = 1743 Ом;

6. Оценка погрешности полученных результатов.

6.1. Коэффициент усиления по напряжению в области средних частот

С учетом сделанных поправок, коэффициента усиления по току транзистора и входного сопротивления каскада, расчетное значение коэффициента усиления по напряжению в области средних частот равно K_u0 = 81.

Экспериментально полученное значение равно K_u0 = 61.

Таким образом, относительная погрешность коэффициента усиления по напряжению в области средних частот равна:

γ_Кu0 = ((81 -61)/61)100% = 32,7%;

6.2. Входного и выходного сопротивлений.

γ_Rвх = ((495 - 450 )/450)100% = 10%;

γ_Rвых = ((2000 - 1743 )/1743)100% = 14%;

7. Выводы и анализ результатов работы.

Анализируя полученные амплитудную и амплитудно-частотную характеристики исследуемого однокаскадного усилителя можно сделать следующие выводы.

Амплитудная характеристика усилителя линейна в области входных сигналов до  ≈ 60 мВ.

Диапазон частот, где коэффициент усиления можно считать постоянным, с заданной погрешностью 3 дБ  - от 1,2 кГц до 97 кГц.

Таким образом, исследуемый усилительный каскад может быть использован для усиления сигналов средних частот с амплитудами до 60 мВ.

С учетом того, допустимая относительная погрешность параметров полупроводниковых транзисторов составляет порядка 200% полученные результаты можно считать удовлетворительными.