SAEU (Учебное пособие по использованию программы схемотехнического моделирования MICRO-CAP-7), страница 4

Коэффициент усиления промежуточного каскада:

,

где g₁₁(Q2)- входная частотно независимая проводимость транзистора Q2 второго каскада в области средних частот.

Верхняя граничная частота оконечного каскада:

Верхняя граничная частота промежуточного каскада:

,

где C_ВХ(d)- входная динамическая емкость второго каскада.

Рассчитанные показатели должны быть сравнены с результатами машинного моделирования схем лабораторной работы.

Лабораторная работа № 2

Исследование усилительной ступени с коррекцией

на полевом транзисторе

Цель работы: Исследование цепей низкочастотной (НЧ) и высокочастотной ( ВЧ) коррекции. Исследование влияния цепей коррекции на переходные характеристики выходной цепи резисторных каскада. Используя литературу [5,ч1,с.95-104,106-111], изучите работу схемы с простой индуктивной ВЧ коррекцией и цепочки простой НЧ-коррекции в резисторных каскадах.

1.Вызов из библиотеки программы файла схемы

каскада, исследование его стационарного режима

В окне меню программы File вызовите файл Лабораторная. работа.№2 При этом на экране монитора появляется схема резисторного каскада с полевым транзистором и элементами НЧ и ВЧ коррекции приведенная на рис.2. Тип полевого транзистора J1 установите в схеме согласно вариантам задания из табл.2. Ввод необходимого типа транзистора производится так же, как и при выполнении лабораторной работы №1.Напряжение источника питания V1 установите равным 24 В. Источник импульсного сигнала V2- Model Pulse установите с параметрами: VZERO=0 VONE=1m P1=P2=0 P3=P4=0.5U P5=1.5U. Используя пиктограмму Info mode , выпишите значения входной С_ЗИ=СGD и проходной C_ЗС=СGS емкости транзистора при нулевом смещении. Пересчет величин этих емкостей производится, после исследования стационарного режима схемы каскада, согласно выражениям, в которых учитывается изменение межэлектродных емкостей транзистора, зависящих от положения исходной рабочей точки усилительного элемента. Они указывают на уменьшение этих ёмкостей с увеличением стационарного напряжения на выходных электродах усилительного элемента, когда U₂₀>U₀:

, (1)

где U₀=1В-напряжение « начального смещения», U₂₀- стационарное напряжение между истоком и стоком в схеме рис.2. Выходную емкость транзистора С_ИС положите равной 1 пФ. . Выполните процедуры указанные при выполнении лабораторной работы №1 для создания рабочего файла программы Word лабораторной работы №2. –см п.2 описания работы №1.

Рис.2

……Таблица 2

Проведите копирование в рабочую программу Word лабораторной работы №2 принципиальную схему каскада рис.2, а также введите копии этой схемы при исследовании стационарного режима, с указанием в узлах стационарных напряжений и токов в ветвях. Сравнение величин емкости конденсаторов C_ЗИ (U₂₀) и С_ЗС(U₂₀) с величиной емкости конденсатора С₇ равной 100 пФ показывает, что суммарная емкость нагрузки каскада:

. . (2)

будет практически равна емкости конденсатора С₇: .

Поэтому в дальнейших расчетах межэлектродные емкости полевых транзисторов для всех вариантах работы не учитываются.

2. Исследование частотных характеристик выходной

цепи каскада в области верхних частот

2.а. При отсутствии корректирующей индуктивности- L1=0 проведите исследование АЧХ каскада в области верхних частот в диапазоне 10 кГц-100МГц. Определите верхнюю граничную частоту f_B(гр) и коэффициент усиления выходной цепи каскада К₀ на частоте 10 кГц. Полагая постоянную выходной цепи каскада равной:

,

определите её соответствие с верхней граничной частоте f_B(г), полученной при машинном моделировании, используя выражение:

.

При исследовании АЧХ без корректирующей индуктивности введите опцию Stepping, изменяя емкость конденсатора С4 от нуля до 50 мкФ с шагом в 50 мкФ и убедитесь, что площадь усиления каскада не изменяется, т.е. уменьшение усиления в два раза на средних частотах при сопротивлении R1=510 Ом в цепи стока транзистора сопровождается расширением верхней граничной частоты во столько же раз. Далее опция Stepping для конденсатора С4 выключается и при исследованиях частотных и переходных характеристик емкость конденсатора С4 всегда должна быть равна нулю.

2б.Рассчитайте оптимальную величину корректирующей индуктивности L1, используя выражение для коэффициента коррекции:

Исследуйте АЧХ выходной цепи каскада при введении индуктивной ВЧ-коррекции в том же диапазоне частот: 10 кГц-100 МГц при трех значениях коэффициента коррекции:

,

соответствующих значениям индуктивности:

.

используя опцию Stepping. Исследуйте АЧХ корректированного каскада в прежнем диапазоне частот и с помощью навигатора программы ( пиктограммы Cursor Mode) определите расширение полосы частот при оптимальной величине коэффициента ВЧ- коррекции и при по сравнению с АЧХ, при отсутствии коррекции, По графикам частотных характеристик убедитесь, что при оптимальной коррекции происходит увеличение площади усиления выходной цепи примерно в 1,7 раза. Проведите копирование полученных графиков АЧХ п.2 в рабочий файл Word лабораторной работы №2.

3. Исследование переходных процессов каскада

в области малых временных интервалов

В режиме Transient исследуйте переходный процесс выходной цепи -V(9) во временном диапазоне: 0- 5 при прежних значениях коэффициентов ВЧ-коррекции:

а=0, а_опт=0,41, а=2 а_опт..

При этом источник импульсного сигнала V2- Model Pulse должен быть изменен, с записью следующих параметров:

VZERO=0 VONE=1m P1=P2=0 P3=P4= 6 P5=10

Время анализа t_АН переходной функции V(9) должно быть установлено больше величины Р5. (приближенно t_АН~ 1,3P5).

Поскольку в выходной цепи каскада происходит изменение полярности сигнала по сравнению со входным, то целесообразно ввести инверсию напряжения в узле V(9), поместив в строке анализа выходного сигнала перед функцией V(9) знак минус. При исследовании переходного процесса дополнительно на отдельном графике целесообразно ввести построение функции входного импульсного сигнала. Произведите копирование графиков переходных процессов в области малых временных интервалов в рабочий файл Word исследуемой лабораторной работы №2.

4. Исследование частотных характеристик выходной

цепи каскада с НЧ- коррекцией в области нижних частот и больших временных интервалов

4.1 При исследовании цепей низкочастотной коррекции измените в схеме рис.2 величину емкости конденсатора С5 с 5 мкФ до200 пикофарад, а емкость конденсатора С7 положите равной нулю. Это необходимо сделать по причине влияния на АЧХ в области нижних частот как цепи НЧ- коррекции:

,

так и цепи автосмещения , поскольку без такого изменения величины конденсаторов С5иС2 будут приводить к одновременной работе этих цепей в области нижних частот. После указанных изменений емкостей конденсаторов С5 и С7 определите оптимальную величину конденсатора С6 цепи низкочастотной коррекции, исходя из соотношения

. (3)

В задании на анализ характеристик корректированного каскада следует ввести частотный диапазон исследования в интервале 10 Гц-60 кГц, Корректирующая индуктивность L1 в области нижних частот практически не оказывает влияния на АЧХ каскада в этой области частот. Целесообразно исследовать АЧХ выходной цепи при нескольких величинах емкости корректирующего конденсатора С₆ (обычно пяти: два значения больше оптимального, два значения меньше, включив сюда и оптимальное значение ). Для этого в задании на анализ необходимо включить опцию Stepping, указав целесообразный шаг изменения значений величины емкости конденсатора С6. Проведя анализ АЧХ при нескольких значений емкости конденсатора С6, можно убедиться, что при оптимальной величине емкости этого конденсатора наблюдается максимально плоская частотная характеристика АЧХ при переходе от области средних к области нижних частот. При величине емкости С6 меньшей оптимальной в АЧХ должен наблюдаться подъем частотной характеристики (перекоррекция). По полученным графикам определите нижнюю граничную частоту f_Н(гр) выходной цепи при оптимальной НЧ-корреции. Проведите копирование полученных графиков АЧХ при низкочастотной коррекции в рабочий файл Word лабораторной работы №2.