Лабораторная работа _3 (Исследование каскада с обратной связью - другой вариант)

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ РАДИОТЕХНИКИ, ЭЛЕКТРОНИКИ И АВТОМАТИКИ (ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

СХЕМОТЕХНИКА

Лабораторная работа № 3

«Исследование каскада с обратной связью»

Выполнил

студент группы ВРУ-3-05

Москва 2008

Цель работы: Исследование влияния отрицательной последовательной обратной связи по току и параллельной по напряжению на входное сопротивление и коэффициент передачи напряжения.

Исходные параметры:

RB = 100 Ом, R3=160 кОм, R4=24 кОм, R1=2,4 кОм.

R6=220 кОм при параллельной ООС.

R1= 2,4 кОм при последовательной ООС.

Напряжение источника питания V2 =24 В.

1. Принципиальная схема каскада изображена на Рис. 1

Рис. 1

1.1. При С1=С2=С4=50 мкФ, С3=9 мкФ в схеме каскада в области средних частот 10 кГц – 100 МГц обратные связи отсутствуют.

1.2. При С1=0 и остальных величинах пункта 1.1. в каскад вводится последовательная ООС по току.

1.3. При С1=С3=50 мкФ и С4=0 в указанном диапазоне частот присутствует параллельная ООС по напряжению.

2. Исследование дифференциальных параметров транзистора Q1 в стационарной точке.

Для определения значений дифференциальных параметров транзистора в рабочей точке исследуйте схему в режиме короткого замыкания (КЗ) нагрузки, шунтируя сопротивление R2 добавочным конденсатором емкостью 50 мкФ.

Вычисляем в режиме короткого замыкания дифференциальные параметры транзистора: g₁₁, S₀, в стационарной точке, для этого необходимо исследовать в диапазоне частот 10кГц-100МГц зависимости:

IB(Q1)/VBE(Q1) и IC(Q1)/VBE(Q1)

Результаты исследования приведены на Рис. 2

Рис. 2

Из Рис. 2 получаем значения входной проводимости и крутизны на частоте 10 кГц.

g₁₁ = 0,399 мСм, S₀ = 34,356 мА / В

После определения параметров g₁₁ и S₀ исключим в схеме режим короткого замыкания, положив емкость дополнительного конденсатора равной нулю или удалим его из схемы.

3. Исследование показателей каскада без обратных связей в области средних и верхних частот.

При отсутствии обратных связей емкости конденсаторов С1 и С4 полагаются равными: С1=50 мкФ, С4=50 мкФ, а конденсатора - С3=0 мкФ. Емкость конденсатора С2 остается неизменной: равной С2=50мкФ. В диапазоне частот 10кГц-100МГц исследуем коэффициент передачи напряжения выходной цепи - V(6)/V(4) и входное сопротивление: V(4)/IB(Q1) каскада. Определим коэффициент усиления выходной цепи каскада в области средних частот и её верхнюю граничную частоту.

Результат исследования получаем на Рис. 3

Рис. 3

Из Рис. 3 следует, что коэффициент усиления выходной цепи каскада на частоте 10 кГц оказался К₀ = 100,743, а входное сопротивление R_вх = 2,49 кОм. Верхняя граничная частота АЧХ равна 1,9 МГц.

4. Исследование показателей каскада с последовательной отрицательной обратной связью по току.

Введем в каскад последовательную отрицательную обратную связь по току, положив: С1=0 мкФ, С4=50 мкФ, С3=0мкФ.

Исследуем частотную характеристику выходной цепи каскада V(6)/V(4) в диапазоне частот 10 кГц-100 МГц. Для сравнения частотных характеристик выходной цепи каскада без обратной связи и с указанным типом связи в задании на анализ целесообразно включить опцию Stepping, в которой положим изменение емкости конденсатора С1 от 0 до 50 мкФ с шагом 50 мкФ. В том же диапазоне частот дополнительно исследуем коэффициент передачи тока, введя в задание на анализ отношение IC(Q1)/IB(Q1) с включением опции Stepping конденсатора С1 с тем же шагом в 50 мкФ. Исследуем зависимость входного сопротивления каскада в диапазоне частот 10 кГц - 100 МГц. Входное сопротивление каскада определим дважды: 4а. после базового делителя в виде отношения: V(4)/IB(Q1) и 4б. до базового делителя, введя второе отношение: V(2)/I(C2). Целесообразно при исследовании частотных характеристик входного сопротивления также использовать опцию Stepping с указанием изменения емкости конденсатора С1 в диапазоне 0-50 мкФ с шагом 50 мкФ.

Результаты исследования приведены на Рис. 4

Рис. 4

Из графиков Рис. 4 получаем уменьшение коэффициента передачи напряжения выходной цепи каскада до величины К₀ (экв) = 1,22 и увеличение входного сопротивления R_ВХ(экв) = 200 кОм, что согласуется с теоретическими представлениями.

5. Исследование каскада с параллельной отрицательной обратной связью по напряжению.

Исследуем частотные характеристики выходной цепи V(6)/V(4) и входного сопротивления V(2)/I(C2) в прежнем диапазоне частот 10 кГц - 100 МГц. Входное сопротивление при параллельной ООС достаточно определить в виде одного отношения V(2)/I(R5), поскольку базовый делитель R3-R4 при наличии емкости конденсатора С1 = 50 мкФ оказывается включенным параллельно входной проводимости транзистора Y₁₁ также, как и в каскаде без обратных связей. При исследовании указанных зависимостей также целесообразно использовать опцию Stepping, введя изменение емкости конденсатора С3 от нуля до 50 мкФ с шагом в 50 мкФ. По полученным графикам АЧХ определим значения коэффициента передачи напряжения и входного сопротивления на частоте 10 кГц.

Результат исследования наблюдаем по графику Рис. 5

Рис. 5

Из Рис. 5 получаем, что при введении такой связи коэффициент передачи напряжения К₀ незначительно уменьшается с величины 100,743 до 99,405. Входное сопротивление при параллельной ООС уменьшается с величины 2,226 кОм до 1,106 кОм.

6. Сопоставление результатов машинного моделирования и аналитических расчетов.

Сопоставление результатов машинного моделирования и аналитических расчетов его показателей для области средних частот. Ниже приводятся выражения для показателей каскада, которые используются в расчетах.

1. Коэффициент усиление напряжения каскада при отсутствии обратных связей:

.

2.Проводимость передачи каскада (коэффициент передачи напряжение-ток)

.

3.Сопротивление передачи каскада (коэффициент передачи ток-напряжение)

4.Глубина последовательной обратной связи по току

, где

5.Глубина при параллельной обратной связи по току

где

.

6.Входное сопротивление каскада (после базового делителя R3-R4) при последовательной ООС по току должно возрасти в величину, которая определяется выражением, учитывающим сопротивление четырехполюсника отрицательной обратной связи:

.

Входное сопротивление до базового делителя Z^/_ВХ(Э) будет меньше:

7. Коэффициент передачи напряжения при последовательной обратной связи по току должен уменьшиться в величину:

8. Входная проводимость каскада при введении параллельной ООС по напряжению должна возрасти в величину:

Коэффициент передачи напряжения выходной цепи при параллельной ООС по напряжению практически остается неизменным - до и после введения такой связи.