Вихідна провідність, необхідна для виконання розрахунку по п.3 домашнього завдання, може бути визначена із співвідношення

.

Після підстановки алгебраїчних доповнень і спрощення отримуємо

. (5.9)

Але оскільки транзистор VT2 в каскодній комірці працює в режимі, близькому до “холостого ходу” на виході, то в обчисленні за (5.9) немає необхідності, оскільки у довідниках звичайно наводять саме цю провідність (низькочастотне значення), тобто.

.

В даному випадку , тому високочастотне значення активної складової цієї провідності може бути визначено із виразу

,

де – максимальна робоча частота підсилювача;

– стала часу колекторного кола транзистора;

– низькочастотне значення крутості;

– гранична частота коефіцієнта передачі базового струму.

Провідності транзистора VT2, які потрібні для визначення за (5.8), є відповідними провідностями в схемі зі спільною базою

та .

Для розрахунку з довідників не треба брати кращі значення h₂₁ і h₁₁. Ця ж вимога поширюється на вибір значень S і g₂₂ для VT1. Оскільки для обох транзисторів виконується умова , при візначенні та можна використовувати низькочастотні значення провідностей.

При виконанні розрахунків буде корисним використання електричної схеми підсилювальної комірки СВ–СБ за змінним струмом з нанесенням нумерації електродів відповідно схемі за постійним струмом.

Оформлення звіту

Звіт оформити у відповідності з вимогами наведеними у вступній частині даного посібника.

Контрольні запитання

1. Чому в якості навантаження резонансного підсилювача використовують паралельний коливальний контур, а не послідовний?

2. Як досягається вирівнювання загального коефіцієнта підсилення в підсилювачі з декількома піддіапазонами? Привести можливі рішення і обґрунтувати оптимальний варіант.

3. Виходячи з чого обирається максимальна і мінімальна ємність резонансного контуру?

4. Які елементи схеми впливають на добротність змінного контуру? Які схемні рішення зменшують цей вплив?

5. Чим обумовлюється зростання коефіцієнта підсилення в межах піддіапазону при безпосередньому і автотрансформаторному ввімкненні? Пояснити можливість непропорційної його зміни.

6. З яких міркувань обирається підсилювальний елемент резонансного підсилювача? Поясніть частотну залежність його параметрів.

7. Які основні параметри характеризують підсилювальний елемент?

8. Як впливає співвідношення опорів резисторів R3 і R4 (див. рис. 5.7) на режим живлення транзисторів VT1 і VT2? Яким елементом заданий їх струм в робочій точці? Навести варіант схеми паралельного живлення транзисторів за постійним струмом. В яких випадках вона буде кращою?

Лабораторна робота № 6

Дослідження параметрів і характеристик смугових

підсилювачів

Мета роботи – експериментально дослідити властивості смугових підсилювачів при різних вибірних системах та різних типах підсилювальних комірках.

Короткі теоретичні відомості

Основними параметрами смугового підсилювача (СП) є резонансний коефіцієнт підсилення K₀, смуга пропускання ΔF, вибірність за сусіднім каналом S_cк і коефіцієнт прямокутності К_П, що характеризує форму резонансної характеристики СП.

Останній визначається виразом:

, (6.1)

ΔF_у – смуга пропускання СП при заданому рівні відліку (звичайно 0,1 чи 0,01).

Особливістю СП, на відміну від підсилювача радіочастоти, є робота на фіксованій частоті. Резонансний коефіцієнт підсилення одноконтурного СП може бути визначений з виразу:

, (6.2)

мінімальне значення ємності С_к контуру одноконтурного СП, припустиме з точки зору стабільності його характеристик, дорівнює:

, (6.3)

де ; і – значення розкиду ємностей з виходу даного ПЕ і входу ПЕ наступного каскаду;

– припустимий зсув резонансної частоти, зумовлений названим розкидом.

Іншим різновидом каскаду СП, є СП із двоконтурним смуговим фільтром (рис.6.1), резонансний коефіцієнт підсилення якого:

, (6.4)

де – фактор (параметр) зв'язку;

К_св – коефіцієнт зв'язку.

Рисунок 6.1 – Двоконтурний СП

­ Форма АЧХ такого СП залежить від значення фактора зв'язку (рис.6.2), що широко використовується на практиці для регулювання смуги пропускання. Мінімальна смуга пропускання досягається при зв'язку менше критичного ( ). Відлічена на рівні 0,707 смуга, складає 0,64 смуги пропускання одиночного контуру з тією же добротністю. При критичному зв'язку ( ) вона в рази, а при ( ) – у 3,1 рази перевищує смугу пропускання СП з одиночним коливальним контуром, причому в останньому випадку рівень западини також складає 0,707 від максимального. Регулювання смуги пропускання може також здійснюватися зміною добротності контурів фільтра.

Зі збільшенням числа двоконтурних смугових фільтрів в СП крутість схилів результуючої АЧХ зростає, а форма вершини АЧХ змінюється мало. Завдяки поліпшенню прямокутності, нерівномірність АЧХ у смузі пропускання ( ) зростає значно менше порівняно з підвищенням вибірності S_ск, тобто з'являється можливість одночасного задоволення суперечливих вимог – реалізації заданих і S_ск.

Рисунок 6.2 – АЧХ двоконтурного смугового підсилювача

Перевагами розглянутих СП є відносна простота виготовлення, настроювання і регулювання. До недоліків варто віднести:

низьку стійкість тракту з декількох таких СП, що призводить до необхідності застосування засобів нейтралізації Y₁₂ й зумовлює ускладнення схеми;

залежність частотних характеристик усього тракту від параметрів ПЕ, що виявляється при їхній заміні.

Розглянуті СП відносяться до пристроїв, що реалізують принцип рівномірного розподілу функції підсилення і вибірності.

СП, що реалізують принцип зосередженого поділу функції підсилення і вибірності, вільні від перелічених недоліків і забезпечують додаткові можливості:

високий і стійкий коефіцієнт підсилення тракту, за рахунок використання аперіодичних каскадів, що забезпечують основне підсилення;

високу вибірність, що забезпечується використанням ефективних фільтрів зосередженої селекції;

високу завадозахищеність тракту;

можливість мікромініатюризації.

Однієї з різновидів СП, що реалізують другий принцип, є СП із п'єзоелектричним фільтром (рис.6.3).

Рисунок 6.3 – СП з п’єзоелектричним фільтром

П'єзоелектричні фільтри випускаються промисловістю серійно. Як приклад, можна розглянути параметри і характеристики п'єзоелектричного фільтра типу ПФ1П-2. Резонатори такого фільтра виконані з матеріалів типу КНБС–47 (тверді розчини метанобатів і барію).

Основні параметри фільтра ПФ1П–2:

центральна частота смуги пропускання – 465 кГц;

ширина смуги пропускання на рівні 6дб – (8,8...12,5)кГц;

нерівномірність вершини АЧХ – не більш 2дБ;

згасання на центральній частоті смуги пропускання – не більше 8 дб;

номінальні значення характеристичних опорів:

, .

Особливістю характеристики згасання такого фільтра (рис.6.4) є відсутність монотонно зростаючої характеристики згасання в смузі затримки (суцільна лінія).

Така обставина призводить до того, що цей фільтр при високій вибірності у відношенні сусідніх каналів не забезпечує достатньої фільтрації завад з більшими частотами.

Зазначений недолік п'єзоелектричного фільтра частково може бути усунений ввімкненням послідовно з фільтром резонансного контуру (рис.6.3). Смуга пропускання контуру в 2–3 рази перевищує смугу пропускання п'єзоелектричного фільтра. Характеристика згасання контуру зображена на рис.6.4. (пунктирна лінія). АЧХ об'єднаної системи (паралельний контур – п'єзоелектричний фільтр) являє собою суму характеристик ланок системи. Одночасно коливальний контур забезпечує узгодження імпедансів п'єзоелектричного фільтра й ПЕ.

­

Рисунок 6.4 – Залежність згасання ПФ1П – 2

При виконанні узгодження без додаткових коливальних контурів необхідно виконати умови , . Коефіцієнт підсилення такого СП на центральній частоті:

, (6.5)

де К_ф – коефіцієнт передачі фільтра на центральній частоті (відповідає внесеному загасанню).

Інший різновид даних СП – підсилювачі з багатоланковим фільтрами, зокрема на основі реактивних LC ланок (рис.6.5).

Рисунок 6.5 – СП з багатоланковим LC фільтром

Такі фільтри виконуються з високодобротних L – і C – елементів. Необхідна смуга пропускання фільтра забезпечується відповідним вибором значень L і C і визначається їхнім відношенням. Розрахунок таких фільтрів, як правило, виконується графоаналітичним методом. Резонансний коефіцієнт підсилення СП із таким фільтром визначається з виразу

, (6.6)

де – характеристичний опір фільтра;

K_ф – коефіцієнт передачі фільтра на центральній частоті.

Опис лабораторного макета

Макет (рис.6.6) містить три підсилювальні комірки, що комутуються перемикачем S1 на нерегулярну каскодну схему, схему підсилювача з динамічним навантаженням VT1 і VT2, каскад на транзисторі VT3 за схемою СЕ, і мікросхему A1 типу К224УС1 (каскодна схема СЕ–СБ). Дані підсилювальні комірки розрізняються коефіцієнтами підсилення і значеннями вихідного імпедансу.

Комутація різних вибірних систем здійснюється перемикачем S2. Частота їхнього настроювання дорівнює проміжній частоті АМ тракту радіомовного приймача (465кГц).

Перемикач S3 дозволяє одержати узгоджений і неузгоджений режими по виходу фільтра ПФ1П–2.

Перемикачами S4 і S5 здійснюється додаткове шунтування контурів двоконтурного смугового фільтра. Зміна зв'язку між контурами здійснюється варікапом VD4 при зміні потенціометром R12 прикладеної до варікапа постійної напруги. При цьому мінімум напруги відповідає максимальному зв'язку. Для унеможливлення впливу вимірювальних приладів, що під’єднуються, використовується буферний каскад (VT5).

Домашнє завдання

­1. Вивчити теоретичні положення, ознайомитися зі схемою і системою комутації макета.

2. Використовуючи дані про типи і номінали елементів, зазначені на схемі макета, розрахувати коефіцієнти підсилення каскаду з СЕ із каскодною схемою СЕ-СБ при роботі з кожною із досліджуваних вибірних систем. Параметрами які не можливо визначити – задатися.

3. Розробити методики вимірювань і визначення коефіцієнта підсилення, смуги пропускання, коефіцієнта прямокутності.

Програма експериментальних досліджень

1. Увімкнути макет. Переконатися в працездатності всіх підсилювальних комірок і вибірних систем.

2. Дослідити амплітудні характеристики (АХ) U_вих = f(U_вх) при роботі кожної підсилювальної комірки з різними вибірними системами. Визначити джерела нелінійності.

3. Дослідити АЧХ обраного і погодженого з керівником варіанта СП з одиночним контуром. Визначити смугу пропускання, коефіцієнт прямокутності і вибірність при Δf = ± 9,0 кГц.

4. Дослідити АЧХ СП із п'єзоелектричним фільтром при різних навантажувальних опорах. Визначити перераховані в п.3 параметри для випадку погодженого навантаження.

5. Дослідити АЧХ СП із двоконтурним смуговим фільтром при трьох значеннях фактора зв'язку ( ; ; ). Визначити для цих випадків перераховані в п.3 параметри.

6. Для критичного зв'язку ( ), підключити до контурів фільтра шунтувальні резистори і дослідити АЧХ каскаду.

7. Дослідити АЧХ СП із багатоланковим LC фільтром. Визначити перераховані в п.3 параметри.

Досліджувальна і вимірювальна апаратура

1. Лабораторний стенд.

2. Регульоване лабораторне джерело живлення 0...30В.

3. Генератор стандартних сигналів Г4–42(Г4–18, Г4–102).

4. Мілівольтметр В3–38(В3–39).

5. Осцилограф С1–67(С1–72, С1–73).

Короткі методичні вказівки до розрахунків

Розрахунок резонансних коефіцієнтів підсилення можна виконати за виразами (6.2), (6.4), (6.5) і (6.6). Вважати, що коефіцієнт шунтування одиночного контуру і контурів смугового фільтра дорівнює 0,75, вихідна провідність каскаду з СЕ на транзисторі ГТ308В ( ; ; ; ) визначається лише резистором R8, транзистори, що входять до складу мікросхеми A1, аналогічні за параметрами транзисторам серії КТ315.

Короткі методичні вказівки до вимірювань і представлення результатів

Дослідженню АЧХ повинно передувати точне настроювання СП з обраної вибірної системи (ВС) (у режимі малого сигналу). При дослідженнях амплітудної характеристики необхідно виявити і зняти три основних ділянки характеристики: ділянку лінійного підсилення, ділянку зламу і ділянку обмеження сигналу. Якщо на ділянці зламу виникають і далі зростають нелінійні спотворення вихідного сигналу, тоді джерелом нелінійності є аперіодичний буферний каскад. Знаючи АХ, можна забезпечити лінійний режим СП для дослідження його АЧХ.

При дослідженні СП із п'єзоелектричним фільтром для випадку узгодженого і неузгодженого навантаження, слід звернути увагу на форму АЧХ, наявність зламів характеристики у вершині і на схилах. Особливі складнощі викликає різке послаблення підсилення при розстроюванні. Якщо забезпечити відсутність перевантаження СП у випадку точного настроювання, тоді рівень сигналу, що підлягає вимірюванню, при розстроюванні може зменшитися на 50 і більш децибел , причому він повинен у 3–5 разів перевищувати рівень шумів (фону). При дослідженні АЧХ СП із двоконтурним смуговим фільтром при факторах зв'язку і ручку потенціометра «Зв'язок» встановлювати в протилежних крайніх положеннях. Значення підібрати експериментально за формою резонансної характеристики.

Несиметрія резонансних характеристик більшості ВС при вимірюваннях вибірності і смуги пропускання вимагає спеціальних навичок. Названий фактор, як і сплощення АЧХ, або наявність декількох екстремумів біля «резонансу» унеможливлюють одержання рівних ординат при однакових розстроюваннях з обох сторін від резонансної частоти.

Тому, наприклад, для вимірювання вибірності по сусідньому каналу може бути рекомендована така методика. Якщо на схилах АЧХ зафіксувати дві точки, що мають рівні ординати, і рознесені на подвійне задане розстроювання по сусідньому каналу, тоді відношення коефіцієнтів передачі (загасань), розрахованих на вершині АЧХ і на рівні названих точок, складе шукану вибірковість. Аналогічно визначається і нерівномірність АЧХ у заданій смузі частот, при

Оформлення звіту

Звіт оформити у відповідності з вимогами які наведені у вступній частині даного посібника.

Контрольні питання і задачі для проблемних та ігрових