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	при f	tос	Ск
-	-	МГц	пс	пФ
	КТ306Г			5 100

Ток покоя коллектора I_0К =4 мА

Напряжение источника питания Е₀=12 В

Расчёт точки покоя

Задаём значение = 0,1*Е₀=1,2 В, U_БЭ=0,6 В

Вычисляем: =

= = ; = = ;

= = ; = = ;

где I_OБ = I_ОК/h₂₁ =

= + =

= =

= =

H₁₁=U_БЭ/I_ОБ=

= =

Вычисление на Fastmean тока покоя транзистора I_0К.

Построение нагрузочной линии по постоянному току.

По полученным результатам определить напряжение на транзисторе U_КЭ= Е₀- I_0К(R_K+R_Э) 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= r_б'б + r_б'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.

Построение нагрузочной линии по сигналу

Для определения амплитуды максимально - допустимого выходного напряжения

U_2max необходимо построить нагрузочную прямую по сигналу, проходящую через

точку покоя А. Полагая, что максимальная неискажённая амплитуда выходного тока i_{к max} равна току покоя I_ОК, определяем максимальную амплитуду выходного напряжения

U_{m max}= i_{к max}R_Н , где R_Н = R_КR_2Н .

Отложим на этом рисунке по горизонтальной оси напряжение, равное

U_ОК+ U_{m 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 К_СКВ 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 R_1И и нагрузки R_2Н

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 t_Н и спад вершины импульса D%. Связь между длительностью импульса t_И типа ”меандр“ и частотой следования определяется периодом Т: t_И=Т/2, Т=1/ f. В итоге f=1/2t_И.

Определение влияния на АЧХ и ПХ изменений емкостей разделительных конденсаторов С_Р1, C_Р2.

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 С_Э=0)

Эквивалентная схема каскада ОЭ с отрицательной ОС

Эквивалентная схема каскада ОЭ с ООС (при С_Э=0)

3.3.2 Изучение влияния обратной связи на АЧХ и ПХ каскада .

Перед работой на компьютере следует выполнить предварительный расчёт К_{СКВ F} на средней частоте и частоту верхнего среза F.

,

где

,

где F=1+

N п.п.	КСКВ,F	.F	F	F	D,F	Примечание
дБ	кГц	МГц	нс	%
						tи=25мкс, tи=1250мкс

3.3.3 Определение влияния изменений емкостей разделительных конденсаторов С_р1, C_р2 на параметры АЧХ и ПХ.

Для определения влияния емкостей разделительных конденсаторов С_p1 и С_p2 на АЧХ и ПХ необходимо придать им значения С_р1=С_р2=1.0мкФ и 0.1 мкФ.

N п.п.	Ср1=Ср2	КСКВ, F	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 С_Э1 для

получения максимальной частоты верхнего среза .при заданном К_СКВ,F

Рис. 13. Принципиальная схема каскада ОЭ с отрицательной частотно-зависимой

обратной связью.

Частотно-зависимая ОС (рис.13) позволяет увеличить .

Задано К_{СКВ F} =10.

Для реализации заданного К_{СКВ F} =10 на средних частотах необходимо рассчитать R_Э1 и R_Э2 из выражений

,

R_Э2 = R_Э - R_Э1.

Рис. 14. Эквивалентная схема каскада ОЭ с отрицательной частотно-зависимой ОС

Все значения резисторов, кроме R_Э1 и R_Э2 , соответствуют табл.3. Ёмкости конденсаторов

Ср₁= Cр₂=1мкФ, C_Э2=10мкФ, а значение ёмкости C_Э1 задать равным нулю (C_Э1=0).

Для вычисления параметров АЧХ необходимо ввести в компьютер схему и сделать расчёт К_{СКВ F}, и занести результаты в таблицу.

Далее, задав диапазон изменения ёмкости С_Э1=200…1200 пФ, опять вычислить параметры АЧХ.

Значение ёмкости С_Э1, которое реализует максимально плоскую АЧХ по уровню -3 дБ, будет оптимальным С_Э1= С _опт.

N п.п.	СЭ1	КСКВ F	.F	,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 t_И и спад вершины импульса D при С_Э1= 0 и С_Э1= С _опт.