Скопіювати створену схему для використанні в протоколі.

Лабораторна робота №6

Дослідження каскаду підсилювача змінної напруги на біполярному транзисторі за схемою зі спільним емітером з місцевим негативним зворотним зв’язком за допомогою програми схемотехнічного моделювання ElectroNic workbench 5.12

Мета лабораторної роботи: метою лабораторної роботи є моделювання та експериментальне дослідження каскаду підсилювача змінної напруги на біполярному транзисторі за схемою зі спільним емітером з місцевим негативним зворотним зв’язком за допомогою програми схемотехнічного моделювання EWB

План виконання лабораторної роботи

1.1 Короткі теоретичні положення

1.2 Підготовка до лабораторної роботи

1.3 Послідовність розрахунку параметрів схеми

1.4 Робоче завдання

1.1 Короткі теоретичні положення

Схема каскаду підсилювача змінної напруги на біполярному транзисторі за схемою зі спільним емітером з місцевим негативним зворотним зв’язком наведена на рис. 6.1.

Каскад підсилювача за схемою рис.6.1 є варіантом підсилювача з негативним зворотним зв’язком за струмом (як за постійним, так і змінним).

Рисунок 6.1 - Схема каскаду підсилювача змінної напруги на біполярному транзисторі за схемою зі спільним емітером з місцевим негативним зворотним зв’язком

Негативний зворотний зв'язок за постійним сигналом в підсилювачах використовується для стабілізації режиму за постійним сигналом. Стосовно каскаду підсилювача на біполярному транзисторі за схемою зі СЕ – для стабілізації статичного режиму роботи. Негативний зворотний зв'язок за змінним сигналом в підсилювачах використовується зазвичай для розширення діапазону частот підсилювача та для певної зміни вхідного та/або вихідного опору (імпедансу).

В схемі рис.6.1 негативний зворотний зв'язок за постійним струмом забезпечується послідовно з’єднаними резисторами , оскільки постійний струм емітера , який через них протікає, створює постійну напругу , яка є напругою зворотного зв’язку. Негативний зворотний зв'язок за змінним струмом забезпечується тільки резистором : за умови, що реактивний опір конденсатора в області середніх частот набагато менший опору резистора (конденсатора «шунтує» резистор ), змінна складова струму емітера створює між точкою нульового потенціалу та емітером змінну напругу зворотного зв’язку .

Якщо верхній полюс конденсатора з’єднати з емітером транзистора , негативний зворотний зв'язок за змінним струмом відсутній, оскільки конденсатор «шунтує» послідовно з’єднані резистори . Як наслідок змінна складова струму емітера створює між точкою нульового потенціалу та емітером нульову змінну напругу зворотного зв’язку: .

За допомогою подільника напруги (резистори , ) задається (фіксується) постійна напруга на базі транзистора .

Якщо виконується умова , або (що практично теж саме ), то постійна напруга визначається формулою:

. (6.1)

Постійна напруга на емітері визначається формулою:

, (6.2)

де - постійна напруга на переході база-емітер (в інженерних розрахунках для кремнієвих транзисторів зазвичай приймається 0,7 В).

Постійний стум емітера визначається формулою:

. (6.3)

Враховуючи, що (де - статичний коефіцієнт передачі струму транзистора за схемою включення зі СЕ), постійна напруга на ланці колектор-емітері визначається формулою:

. (6.4)

Головними параметрами каскадупідсилювача змінної напруги на біполярному транзисторі за схемою зі СЕ з місцевим негативним зворотним зв’язком в діапазоні частот є:

- коефіцієнт підсилення в області середніх частот ;

- вхідний опір в області середніх частот ;

- вихідний опір в області середніх частот ;

- частота зрізання в області верхніх частот ;

- частота зрізання в області нижніх частот .

Негативний зворотний зв'язок зменшує коефіцієнт підсилення в області середніх частот відповідно до формули:

, (6.5)

де - коефіцієнт підсилення в області середніх частот підсилювача, який охоплюється негативним зворотним зв’язком (коефіцієнт підсилення підсилювача без зворотного зв’язку); - коефіцієнт передачі кола зворотного зв’язку.

Для підсилювача за схемою зі СЕ без зворотного зв’язку за змінним сигналом (тобто за умови, щоверхній полюс конденсатора з’єднаний з емітером транзистора )коефіцієнт підсилення в області середніх частот визначається формулою:

. (6.6)

де - об’ємний опір бази; - диференційний опір переходу база-емітер транзистора за схемою зі СЕ, значення якого визначається формулою ( - диференційний опір переходу база-емітер; В - тепловий потенціал при температурі оточуючого повітря Т=300°К; - постійний струм емітера); - диференційний коефіцієнт передачі струму транзистора за схемою зі СЕ; - опір паралельно з’єднаних резисторів ; - крутизна транзистора, значення якої визначається формулою .

Для підсилювача за схемою зі СЕ зі зворотним зв’язком за змінним сигналом (тобто за умови, щоконденсатор підключений так, як показано на рис.6.1)коефіцієнт підсилення в області середніх частот визначається формулою:

. (6.7)

В (6.7) знаменник приблизно відповідає знаменнику в (6.5), тобто

Вхідний опір підсилювача в області середніх частот визначається формулою:

= , (6.8)

тобто послідовний негативний зворотний зв’язок збільшує вхідний опір підсилювача.

Вихідний опір підсилювача в області середніх частот визначається формулою:

, (6.9)

де - вихідна напруга в режимі холостого ходу, тобто вихідна напруга за умови, що ; - вихідний струм в режимі короткого замикання, тобто вихідний струм за умови, що .

Частота зрізання в області верхніх частот (за умови, що вихідний опір джерела змінної вхідної напруги =0) визначається формулою:

, (6.10)

де = ; .

Це означає, негативний зворотний зв'язок збільшує частоту зрізання підсилювача в області верхніх частот в раз.

Частота зрізання в області нижніх частот , зумовлена тільки конденсатором , визначається формулою:

, (6.11)

де = .

Частота зрізання в області нижніх частот , зумовлена тільки конденсатором , визначається формулою:

, (6.12)

де = .

Частота зрізання в області нижніх частот , зумовлена тільки конденсатором , визначається формулою:

, (6.13)

де = .

6.2 Підготовка до лабораторної роботи

6.2.1 Ознайомитися з короткими теоретичними положеннями, що викладені в п.р. 6.1.

Більш детальна інформація наведена в лекції «Каскад підсилювача змінної напруги на біполярному транзисторі за схемою з спільним емітером з негативним зворотним зв’язком»

6.2.2 Розрахувати параметри підсилювача змінної напруги на біполярному транзисторі за схемою зі спільним емітером з негативним зворотним зв’язком (рис.6.1) відповідно до вихідних даних, наведених в табл. 6.1.

Таблиця 6.1 – Вихідні дані досхеми рис.6.1

№	, кОм	, кОм	, кОм	, Ом	, кОм	, кОм	, мкФ	, В
	6,3	4,7			3,9
	7,1	4,9	2,1		4,3	3,1
	7,9	5,1	2,2		4,7	3,2
	8,7	5,3	2,3		5,1	3,3
	9,5	5,5	2,4		4,7	3,4
		5,7	2,5		4,9	3,5
		5,9	2,6		5,1	3,6
		6,1	2,7		5,8	3,7
		6,8	2,8		6,3	3,8
		7,5	2,9		6,5	3,9

Увага !

- номер варіанту відповідає останній цифрі в паролі для доступу до курсу дистанційного навчання «Електронні пристрої інформаційно-вимірювальної техніки», модуль «Аналогові електронні пристрої» або номеру бригади;

- для всіх варіантів транзистор вибирати типу 2N4400фірми National Instrumentsз меню компонентів (NPN Transistor Properties) (рис.6.2);

- для всіх варіантів ємність конденсаторів = =10000 мкФ;

- параметри транзистора типу 2N4400, які потрібно використовувати при розрахунках, можна отримати з меню компонентів (NPN Transistor Properties→ Edit). Позначення параметрів транзистора в середовищіEWBта їх відповідність параметрам, які використовуються при розрахунку, потрібно вивчити самостійно.

Таблиця 6.2 – схема з зворотнім зв’язком

Значення параметру:	U₀_б_,В	U₀_е, В	U₀_ке, В	I₀_е, мА	K₀_зз	R₀_вхзз, кОм	R₀_вихзз, кОм	f_нзрзз, Гц	f_взрзз, МГц
за результатами розрахунку	6,066	5,37	15,5	0,924		3,99	2,7		33,5
за результатами експериментальних досліджень	5,961	5,337	10,16	0,919		3.99	2.7

Таблиця 6.3 – схема без зворотного зв’язку

Значення параметру:	, В	, В	, В	, мА		, кОм	, кОм	, Гц	, МГц
за результатами розрахунку	6,07	5,37	15,5	0,925	55,42	3,97	2,7		24,7
за результатами експериментальних досліджень	5.984	5.359	10.13	0,922	58,3	3,97	2,7		24,7