Общие требования и порядок выполнения лабораторных работ по дисциплине "Радиотехнические устройства", страница 2

Часть 2

В среде MC-8 проводится моделирование резисторного каскада на БТ, включенном по схеме с общим эмиттером и эмиттерной стабилизацией режима по постоянному току – рис. 4,а,б. Каскад работает в установившемся режиме при гармоническом входном сигнале с амплитудой, соответствующей работе на линейном участке ВАХ транзистора.

При исходных значениях элементов схемы снимаются АЧХ и ФЧХ каскада, по которым определяются коэффициент передачи K₀ в области средних частот – на частоте 10 кГц и граничные частоты среза  и , соответствующие снижению K₀ на 3дБ (до уровня 1/√2 × K₀ @ 0,707K₀) от его исходного значения.

В области верхних частот поведение каскада определяется параллельной емкостью цепи нагрузки С_н = С₂₂ + С₂, составленной из выходной емкости транзистора С₂₂ и собственной емкости нагрузки С₂, а также частотными (инерционными) свойствами транзистора – частоты  и  при питании каскада от генераторов напряжения и тока.

В соответствии с эквивалентной схемой – рис.5

Рис. 5. Эквивалентная схема каскада в области верхних частот.

коэффициент передачи и верхняя граничная частота каскада равны

 , , , ,

АЧХ и ФЧХ каскада

,

показаны на рис 6,а,б, где кривые 2 представляют собой линейно-ломанную аппроксимацию исходных зависимостей (кривые 1) с максимальным отклонением на 3 дБ на граничной частоте для АЧХ и 0,1 рад для ФЧХ.

Рис. 6,а,б. Амплитудно-частотные и фазо-частотные характеристики каскада.

Расширение полосы пропускания в этой области возможно за счет уменьшения емкости C_н при неизменной R_н (R_K, R₂), либо при заданной C_н за счет уменьшения R_н и, соответственно, коэффициента передачи каскада K = y₂₁R_н.

В области нижних частот поведение каскада определяется тремя последовательными емкостями, соответственно, C_p, C_p′ и С_э, как это показано на эквивалентных схемах — рис.7,а,б,в.

Рис. 7,а,б,в. Эквивалентные схемы каскада в области нижних частот.

Учитывая независимость работы этих емкостей в схеме каскада и отсутствие их влияния друг на друга, можно получить три значения нижней граничной частоты

, ;

, ;

, .

Здесь: R_Г — внутренней сопротивление источника сигнала или, при питании от генератора напряжения ;

R_вхЭ — входное сопротивление транзистора;

h_21Э — коэффициент передачи тока базы .

Результирующее значение  каскада определяется, в основном, максимальной из этих трех граничных частот.

Для схемы — рис.6,в передаточная функция

, , , .

Отсюда, форма АЧХ этой цепи имеет ступенчатую форму — кривая 3 на рис.8, в отличие от более простой формы АЧХ — кривые 1 и 2 на рис.8, для цепей — рис.7,а,б. ФЧХ этих цепей показана на рис. 8,б.

Рис. 8. Амплитудно-частотные характеристики каскада в области нижних частот.

Расширение полосы пропускания в сторону нижних частот достигается увеличением постоянных времени τ_1н, τ_2н, τ_3н, и, в первую очередь, минимальной из них. Это можно обеспечить увеличением соответствующих последовательных емкостей, либо, в ограниченной степени, увеличением сопротивлений базового делителя R_б1 и R_б2 и сопротивления обратной связи R_Э.

Коррекцию АЧХ в области верхних частот можно реализовать двумя способами. Уменьшая емкость в цепи эмиттера С_Э можно изменить глубину отрицательной обратной связи в верхне-частотной области и, в том числе, на частотах, близких и даже больших частоты . При этом могут быть получены АЧХ максимально плоского вида и с подъемом усиления на верхних частотах. Таким образом, управляя величиной емкости С_Э можно обеспечить повышение площади усиления каскада, т.е. заметно увеличить значение. Другой способ коррекции АЧХ связан с подключением последовательно с сопротивлением R_K индуктивности L_К – рис. 10,а, которая при добротности полученного корректирующего параллельного контура — рис. 10,б, свыше Q > 0,5 реализует АЧХ с подъемом усиления в области верхних частот.

Рис. 10. Схема каскада с индуктивной коррекцией – а, и его эквивалентная схема – б.

Коррекция АЧХ в области нижних частот может быть получена при подключении фильтра R_Ф, С_Ф в цепи питания каскада – рис. 11. Уменьшая емкость фильтра С_Ф можно расширить полосу пропускания в сторону нижних частот и получить здесь подъем усиления.

Рис. 11. Схема каскада с низкочастотной коррекцией.

Часть 3

Переходная характеристика (ПХ) представляет собой реакцию (отклик) устройства или системы на воздействие в виде функции включения или функции Хевисайда (единичная функция)

В качестве испытательного часто используют сигнал в виде прямоугольного импульса, являющегося суперпозиции двух единичных функций

.

Искажение формы импульса на выходе устройства — рис.11, определяет переходные искажения (ПИ), описываемые тремя показателями: временем установления t_у, выбросом δ при колебательном процессе установления и спадом плоской вершины импульса Δ за время его действия t_И.