Исследование цепей питания биполярных транзисторов и основных показателей усилительного каскада в установившемся и переходном режимах (Вариант № 4)

Министерство образования и науки Российской Федерации

Новосибирский государственный технический университет

Кафедра: Лазерные системы

Лабораторная работа №1

Исследование цепей питания биполярных транзисторов

и основных показателей усилительного каскада

в установившемся и переходном режимах

 Вариант – 4  

Факультет: ФТФ

Группа: ФЛ-01

Студент: Валиконис А.Э.

Преподаватель: Говорухин В.И.

Новосибирск

2012

Цель работы: знакомство с цепями питания биполярных транзисторов и основными показателями усилительного каскада в установившемся и переходном режимах.

Исследуемые схемы:

·  c фиксацией напряжения на базе транзистора n-p-n типа

·  с фиксацией тока базы транзистора n-p-n типа

·  с диодной (параметрической) стабилизацией на транзисторе n-p-n типа

·  с эмиттерной стабилизацией на транзисторе n-p-n типа

Выполнение работы:

Проведем частотный анализ каскадов. Тип транзистора и значения недостающих компонентов R_б1, R_б2, R_б выставлены в соответствии с вариантом задания.

Первый каскад:

Для t=27˚C:

Коэффициент передачи на частоте 1кГц – 43.711

Для t=-60˚C:

Коэффициент передачи на частоте 1кГц – 23.404

Для t=60˚C:

Коэффициент передачи на частоте 1кГц – 25.357

Второй каскад:

Для t=27˚C:

Коэффициент передачи на частоте 1кГц – 44.005

Для t=-60˚C:

Коэффициент передачи на частоте 1кГц – 42.757

Для t=60˚C:

Коэффициент передачи на частоте 1кГц – 44.302

Третий каскад:

Для t=27˚C:

Коэффициент передачи на частоте 1кГц – 35.045

Для t=-60˚C:

Коэффициент передачи на частоте 1кГц – 33.452

Для t=60˚C:

Коэффициент передачи на частоте 1кГц – 35.312

Четвертый каскад:

Для t=27˚C:

Коэффициент передачи на частоте 1кГц – 42.32

Для t=-60˚C:

Коэффициент передачи на частоте 1кГц – 43.795

Для t=60˚C:

Коэффициент передачи на частоте 1кГц – 41.795

Исследуем характеристики режима работы каскада в стационарном режиме и их изменения в рассматриваемом диапазоне температур t=(-60…+60) ˚C. Результаты анализа для каскадов в виде отображения узловых потенциалов и токов ветвей:

Первый каскад:

Для t=27˚C:

Для t=-60˚C:

Для t=60˚C:

Второй каскад:

Для t=27˚C:

Для t=-60˚C:

Для t=60˚C:

Третий каскад:

Для t=27˚C:

Для t=-60˚C:

Для t=60˚C:

Четвертый каскад:

Для t=27˚C:

Для t=-60˚C:

Для t=60˚C:

Изменяя  значение емкости С₂ мы получаем расширение и сужение полосы пропускания в области верхних частот:

При увеличении емкости в 2 раза:

При уменьшении емкости в 2 раза:

Проведем аналогичное моделирование при изменении значений резисторов R₄(R_к) и R₂:

При уменьшении значений резисторов R₄(R_к) и R₂ в 2 раза:

Таким образом мы определили, что в области верхних частот поведение каскада определяется параллельной емкостью цепи нагрузки, а также частотными (инерционными) свойствами транзистора.

Выполним моделирование при поочередном изменении последовательных емкостей С_р, С´_p, С_э для достижения двукратного изменения полосы пропускания в области нижних частот:

При увеличении С_р в 2 раза:

При уменьшении С_р в 2 раза:

При увеличении С´_p в 2 раза:

При уменьшении С´_p в 2 раза:

При увеличении С_э в 2 раза:

При уменьшении С_э в 2 раза:

Мы определили, что в области нижних частот поведение каскада определяется тремя последовательными емкостями, соответственно, С_р, С´_p, С_э.

Отключим емкость С_э, остальные элементы имеют исходные значения. Выполним моделирование каскада для трех значений сопротивления отрицательно обратной связи: R_э=100 Ом, R_э=270 Ом, R_э=470 Ом

При R_э=100 Ом:

Коэффициент передачи на частоте 1кГц – -9.608

При R_э=270 Ом:

Коэффициент передачи на частоте 1кГц – 5.174

При R_э=470 Ом:

Коэффициент передачи на частоте 1кГц – 0.373

Введем в исходную схему корректирующую индуктивность L_к=2мкГн и проведем моделирование:

Коэффициент передачи на частоте 1кГц – 42.32

При подключении последовательно с сопротивлением R_к индуктивности L_к, которая при добротности полученного корректирующего параллельного контура свыше Q>0,5 реализует АЧХ с подъемом усиления в области верхних частот.

Введем в исходную схему цепочку фильтра R_ф=500 Ом и С_ф=10мкФ,      R_к=500 Ом. Проведем моделирование:

Коэффициент передачи на частоте 1кГц – 38.934

При С_ф=10пФ полоса пропускания в области нижних частот уменьшилась в 1,2 раза.

Мы исследовали, что коррекция АЧХ в области нижних частот может быть получена при подключении фильтра R_фС_ф в цепи питания каскада.

Проведем исследование переходных процессов в исходной схеме каскада, подав на его вход импульсную последовательность от источника импульсных сигналов. Параметры последовательности: длительность импульса t_и=200мкс, период повторения Т=400мкс, амплитуда 10мВ.

Проведем анализ переходных процессов:

Диапазон времени 5u:

Диапазон времени 400u:

Для уменьшения времени установления необходимо расширять полосу пропускания в сторону верхних частот, а для уменьшения спада – в сторону нижних.


Вывод:
В ходе проделанной работы мы познакомились с программной системой Micro-Cap 8, а также ознакомились с цепями биполярных транзисторов и основными показателями усилительного каскада в установившемся и переходном режимах.