За допомогою осцилографу переконатися в тому, що вхідна та вихідна змінні напруги не спотворені (тобто їх форма відповідає синусоїдальній).

Лабораторна робота №8

Дослідження каскаду підсилювача змінної напруги на польовому транзисторі з управляючим p-n переходом

за схемою зі спільним витоком 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 польовому транзисторі з управляючим p-n переходомза схемою зі спільним витоком 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 польовому транзисторі з управляючим p-n переходомза схемою зі спільним витоком (СВ) зображена на рис. 8.1.

В схемі рис.8.1 статичний режим роботи забезпечується за рахунок використання режиму автоматичного зміщення: оскільки постійна напруга на затворі , то постійний струм витоку , який протікає через резистор , забезпечує позитивний потенціал витоку, що, в свою чергу, забезпечує зміщення переходу затвор-витік в зворотному напрямку.

Рисунок 8.1 – Схема каскадупідсилювача змінної напруги на польовому транзисторі з управляючим p-n переходомза схемою зі СВ

Значення постійної напруги затвор-витік знаходиться шляхом розв’язання системи двох рівнянь - рівняння Шоклі та рівняння , де - значення струму витоку насичення, - значення напруги затвор витік відсікання (паспортний параметр транзистора), які зводяться до рівняння виду:

= . (8.1)

Розв’язання такого квадратичного рівняння відносно передбачає наявність двох коренів, з яких потрібно враховувати тільки корінь, значення якого < .

Оскільки значення , то значення постійного струму витоку визначається за формулою

. (8.2)

Враховуючи, що , значення потенціалу стока транзистора визначається за формулою:

. (8.3)

Головними параметрами каскадупідсилювача змінної напруги на польовому транзисторі з управляючим p-n переходомза схемою зі СВ 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 .

Коефіцієнт підсилення в області середніх частот визначається формулою:

. (8.4)

де - еквівалентний опір навантаження в області середніх частот (тут і подалі для скорочення «//» означатиме паралельне з’єднання відпо відних резисторів); - крутизна польового транзистора, значення якої визначається формулою:

. (8.5)

Значення струму витоку насичення визначається формулою:

, (8.6)

де , А/В² – коефіцієнт передавальної провідності (Transconductance Coeffitien), паспортний параметр транзистора в середовищі EWB).

Вхідний опір каскадупідсилювача змінної напруги на польовому транзисторі з управляючим p-n переходомза схемою зі СВ в області середніх частот визначається формулою:

= . (8.7)

Вихідний опір каскадупідсилювача змінної напруги на польовому транзисторі з управляючим p-n переходомза схемою зі СВ в області середніх частот визначається формулою:

. (8.8)

Частота зрізання каскадупідсилювача змінної напруги на польовому транзисторі з управляючим p-n переходомза схемою зі СВ в області верхніх частот визначається формулою:

, (8.9)

де = , де - вихідний опір джерела вхідної напруги; , - ємності затвор-виток та затвор-стік польового транзистора (паспортні параметри транзистора); .

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

, (8.10)

де = .

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

, (8.11)

де = .

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

, (8.12)

де = .

8.2 Підготовка до лабораторної роботи

8.2.1 Ознайомитися з короткими теоретичними положеннями, що викладені в п.р. 8.1.

Більш детальна інформація наведена в лекції «Каскад підсилювача змінної напруги на польовому транзисторі з управляючим p-n переходомза схемою зі спільним витоком».

8.2.2 Розрахувати параметри каскаду підсилювача змінної напруги на польовому транзисторі з управляючим p-n переходомза схемою зі СВ (рис.8.1) відповідно до вихідних даних, наведених в табл. 8.1.

Таблиця 8.1 – Вихідні дані до схеми рис.8.1

№	, Ом	, кОм	, кОм	, кОм	, мкФ	, мкФ	, мкФ	, В
		0,2	0,2
		0,39	0,39	3,1
		0,82	0,57	3,2
		1,0	0,81	3,3
		1,2	1,0	3,4
		1,3	1,2	3,5
		1,5	1,3	3,6
		1,6	1,6	3,7
		1,8	1,8	3,8
		2,0	2,0	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 резистор =1 МОм;

- для всіх варіантів транзистор вибирати типу J2N4860фірми National Instrumentsз меню компонентів (N-Channel JFET Properties);

- параметри транзистора типу J2N4860, які потрібно використовувати при розрахунках, можна отримати з меню компонентів (N-Channel JFET Properties→ Edit). Позначення параметрів транзистора в середовищіEWBта їх відповідність параметрам, які використовуються при розрахунку, потрібно вивчити самостійно.

8.2.3 Розрахувати параметри каскаду підсилювача змінної напруги на польовому транзисторі з управляючим p-n переходомза схемою зі СВ:

- струму витоку насичення - за формулою (8.6);

- значення постійної напруги затвор-витік транзистора - шляхом розв’язання рівняння (8.1);

Увага !

Оскільки для польового транзистора з управляючим p-n з каналом n типу напруга затвор-витік відсікання є негативною (тобто <0), для запобігання появи уявних коренів в рівнянні (8.1) потрібно використовувати абсолютне значення ; з двох коренів, які виникають при розв’язання квадратичного (відносно ) рівняння (8.1), потрібно вибирати той, значення якого менше абсолютного значення .

- значення постійного струму витоку транзистора - за формулою (8.2) ;

- значення потенціалу стока транзистора - за формулою (8.3);

- значення крутизни польового транзистора - за формулою (8.5);

- значення коефіцієнту підсилення каскаду в області середніх частот- за формулою (8.4);

- значення частоти зрізання в області верхніх частот , яка зумовлена тільки конденсатором - за формулою (8.9);

- значення частоти зрізання в області нижніх частот , яка зумовлена тільки конденсатором - за формулою (8.10);

- значення частоти зрізання в області нижніх частот , яка зумовлена тільки конденсатором - за формулою (8.11);

- значення частоти зрізання в області нижніх частот , яка зумовлена тільки конденсатором - за формулою (8.12).

Увага!

При розрахунку частоти зрізання в області нижніх частот відповідно до варіанту (табл.8.1) потрібно враховувати тільки конденсатор, ємність якого <<10000 мкФ.

8.2.3 Результати розрахунків відповідних параметрів занести до табл. 8.2

Таблиця 8.2 – Значення параметрівсхеми каскаду підсилювача змінної напруги на польовому транзисторі з управляючим p-n переходомза схемою зі СВ

Значення параметру:	, В	, мА	, В	, А/В		, Гц	, МГц
за результатами розрахунку	2.49	1.56	15.51	0.0692	77.34	0.032	0.18
за результатами експериментальних досліджень	2,49	1,67	14,68	0,0685	74,30	0,036	29,2