Контрольная работа

Задание для контрольной работы

Необходимо выбрать тип усилительных элементов и режим работы, рассчитать принципиальную схему. Принципиальная схема группового усилителя приведена на рисунке 4.1

Таблица 1.
Выбор варианта (по предпоследней цифре пароля)
Показатели
усилителя
Номер варианта
1 2 3 4 5 6 7 8 9 0
Количество
каналов, тч 65 80 190 180 188 87 124 115 154 198
Максимальная
температура
грунта 33 35 34 32 31 34 33 36 34 36
Уровень передачи УП,
дБ 12,1 14,8 11,2 12,5 17,7 16,6 14,4 19,1 16,8 14,9
Требуемое затухание
нелинейности
АГ0 2, дБ 67 68 69 71 73 64 73 72 74 75
АГ0 3, дБ 72 73 72 74 77 69 76 74 76 77
Таблица 2.
Выбор варианта (по последней цифре пароля)
Показатели
усилителя
Номер варианта
1 2 3 4 5 6 7 8 9 0
Питание усилителя, В 20 24 25 27 23 22 18 21 28 24
Допустимый коэффициент частотных искажений
на нижней рабочей
частоте, Мн,
дБ 0,8 0,7 0,85 0,65 0,75 0,9 0,6 0,73 0,82 0,95
Волновое
сопротивление кабеля, Ом 75 135 150 135 75 150 75 150 135 150
Рабочее
усиление, дБ 46 47 52 47 49 50 51 48 47 45

=============================================

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 1. “Исследование резисторного каскада предварительного усиления на биполярном транзисторе””

1.Цель работы
Исследовать влияние параметров элементов схемы каскада с эмиттерной стабилизацией на его показатели (коэффициент усиления, частотные и переходные характеристики).

1.Подготовка к работе
2.1. Изучить следующие вопросы курса:
·цепи питания и схемы смещения транзисторных каскадов усиления;
·построение и использование нагрузочных прямых резисторного каскада для постоянного и переменного токов на семействе выходных статических характеристик;
·свойства и особенности каскадов предварительного усиления;
·назначение элементов принципиальной схемы резисторного каскада;
·амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) резисторного каскада;
·переходные характеристики резисторного каскада;
·эквивалентные схемы и линейные искажения в резисторном каскаде; расчетные соотношения для резисторного каскада.
2.2. Изучить принципиальную схему усилителя (рисунок 3.1).
2.3. Для заданной схемы рассчитать следующие параметры усилителя:
·Коэффициент усиления по напряжению, сквозной коэффициент усиления каскада.
·Коэффициент частотных искажений каскада на частоте 40 Гц, обусловленной влиянием емкости в цепи эмиттера С_э (С5) и разделительных конденсаторов С_{р вх} (С1) и С_{р вых} (С2). Определить общий коэффициент частотных искажений, вносимых этими элементами. При этом учесть, что выходное сопротивление транзистора значительно больше сопротивления в цепи коллектора R4.
·Коэффициент частотных искажений М_в на частоте 100 кГц, обусловленной динамической емкостью С_{бэ дин} транзистора и емкостью нагрузки С_н (С3). Определить общий коэффициент частотных искажений, вносимых этими элементами.
·Время установления переднего фронта прямоугольного импульса малой длительности (t_и = 5мкс). При этом считать, что переходные искажения в области малых времен определяется выходной цепью каскада:

t_уст = 2,2× С_н× R_{эв вых}, (2.1)

где R_{эв вых} – эквивалентное сопротивление выходной цепи каскада, рассчитанное для диапазона верхних частот.
·Спад плоской вершины прямоугольного импульса большой длительности (t_и = 5000мкс). Общий спад плоской вершины прямоугольного импульса вследствие влияния разделительных емкостей равен:
D _общ = D _{Ср вх} + D _{Ср вых} , (2.2)
Исходные данные выбрать в соответствие с последней цифрой варианта: транзистор типа KT 3102А с параметрами: h_21э = 200, С_к = 10 пФ, f_h21э = 1,5 МГц, r_б¢¢б = 120 Ом; напряжение источника питания E₀ = 15В, ток покоя транзистора i_к0 = 3мА.

Вариант 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Параметр
h21э 200 210 220 250 270 280 290 300 320 330
Ск, пФ 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
fh21э, МГц 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4
rбб, Ом 100 105 110 115 120 125 130 135 140 145
E0, В 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
iк0, мА 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5

1.Контрольные вопросы
5.1. Изобразить принципиальную схему резисторного каскада на биполярном транзисторе и пояснить назначение элементов схемы.
5.2. Для схемы резисторного каскада показать пути прохождения постоянных и переменных составляющих токов.
5.3. Объяснить, как происходит инвертирование напряжения сигнала при усилении в схеме включения транзистора с ОЭ.
5.4. Изобразить принципиальную схему двухкаскадного усилителя с резисторно-емкостной связью между каскадами. Определить сопротивления коллекторной нагрузки по переменному току для транзистора первого каскада.
5.5. Объяснить частотные свойства транзистора. Изобразить и пояснить упрощенную эквивалентную схему транзистора для широкой полосы частот в системе физических параметров.
5.6. Построить выходные динамические характеристики каскада (нагрузочные прямые) для постоянного и переменного токов.
5.7. Изобразить эквивалентные схемы входной и выходной цепи каскада для широкой полосы частот. Преобразовать схему для области нижних, средних и верхних частот.
5.8. По эквивалентной схеме для области нижних частот объяснить причины частотных искажений.
5.9. Изобразить переходные характеристики каскада в области больших и малых времен. Объяснить причины переходных искажений. Какими параметрами они оцениваются?
5.10. Объяснить влияние эмиттерной высокочастотной коррекции с помощью малой емкости в цепи эмиттера на частотную и переходную характеристики.
5.11. Объяснить, как влияет изменение величин элементов схемы на амплитудно-частотную и переходную характеристики (R_ист, R_н, С_{р вх}, С_{р вых}, С_н).
5.12. Объяснить влияние обратной связи на характеристики резисторного каскада. Показать, как она образуется в схеме исследуемого усилителя.
5.13. Объяснить влияние большой емкости в цепи эмиттера на амплитудно-частотную и переходную характеристики.
5.14. Пояснить процесс составления и преобразования эквивалентных схем для заданного диапазона частот на примере схемы исследуемого усилителя.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 2. “Исследование резисторного каскада широкополосного усилителя на полевом транзисторе””

1. Цель работы
Исследовать влияние элементов схемы каскада широкополосного усилителя на полевом транзисторе с общим истоком на его показатели (коэффициент усиления, частотные и переходные характеристики).
2. Подготовка к работе
2.1. Изучить следующие вопросы курса:
·цепи питания полевого транзистора;
·назначение элементов принципиальной схемы резисторного каскада на полевом транзисторе;
·принцип действия простой параллельной высокочастотной коррекции индуктивностью;
·площадь усиления: определение и методика измерения по АЧХ;
·принцип действия низкочастотной коррекции;
·переходные характеристики и искажения в широкополосном усилителе;
·влияние цепей коррекции на переходные характеристики в области малых и больших времен.
2.2. Изучить теоретические сведения к данному занятию.
2.3. Выполнить расчеты, используя теоретические сведения к данному занятию и данные в п.4

4. Задание
4.1. Рассчитать f_B, R_C, C_ВХ каскада, приведенного на рисунке 3.1, при использовании транзистора с характеристиками из таблицы 4.1. Параметры выбирать по последней цифре варианта: С_ЗИ; С_ЗС; С_СИ; R_ВЫХ; S и условий: R_Н; Y_B; K₀.
Таблица 4.1

Вариант 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Параметр
СЗИ, пФ 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29
СЗС, пФ 5 6 7 8 9 5 6 7 8 9
ССИ, пФ 12 13 14 15 16 17 12 13 14 15
RВЫХ, Ом 150 155 160 165 170 175 180 185 190 195
S, мА/В 200 205 210 215 220 225 230 235 240 245
RН, Ом 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95
YB 0,9 0,95 0,85 0,97 0,87 0,83 0,92 0,78 0,86 0,89
K0 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5
RГ, Ом 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59
RЗ, МОм 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9

6 Контрольные вопросы
6.1 Изобразить принципиальную схему резисторного каскада на полевом транзисторе и пояснить назначение элементов схемы. Показать пути прохождения постоянных и переменных составляющих токов.
6.2 Пояснить работу полевого транзистора в схеме усилительного каскада. Как производится стабилизация режима работы?
6.3 Изобразить статические характеристики i_с = f(U_зи) полевого транзистора, указать, каким образом определяется крутизна.
6.4 Изобразить эквивалентные схемы выходной цепи каскада для областей нижних, верхних частот. Пояснить причины, вызывающие частотные искажения на низких и высоких частотах.
6.5 Пояснить причины, вызывающие переходные искажения в области больших и малых времен. Объяснить форму выходных импульсов для схемы без коррекции.
6.6 Объяснить влияние корректирующих элементов на АЧХ в области низких частот.
6.7 Объяснить влияние корректирующих элементов на переходную характеристику в области больших времен.
6.8 Объяснить влияние корректирующей индуктивности L₁ на АЧХ (ПХ) в области верхних частот (малых времен).
6.9 Объяснить, как влияет изменение номиналов элементов схемы на АЧХ и ПХ (R_c, C_{р вых,}, С_н).
6.10 Что такое площадь усиления? Как она определяется по амплитудно-частотной характеристике?
6.11 Пояснить назначение и виды коррекции в каскадах широкополосного и импульсного усиления.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 3. “Исследование интегратора и дифференциатора на основе операционного усилителя”

1 Цель работыИсследовать свойства и характеристики схем интегратора и дифференциатора на основе операционного усилителя (ОУ).

2Подготовка к работеИзучить следующие вопросы курса:
-свойства и особенности построения схем интегратора и дифференциатора на ОУ;
-способы повышения устойчивости схемы дифференциатора на ОУ;
-функциональные схемы и характеристики операционных усилителей.

1. Задание Вариант определяется по последней цифре

4.1. Как будет выглядеть сигнал на выходе интегратора, если на вход подается сигнал, указанный в таблице 4.1. Данные для интегратора также приведены в таблице 4.1.

Таблица 4.1 Данные для расчета интегратора

Вариант
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Параметр
Тип сигнала ступен прямоуг треуг ступен прямоуг треуг ступен прямоуг треуг ступен
R1, МОм 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5
C, мкФ 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 0,95
Uвх, В 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
t1, мс 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

4.2. Как будет выглядеть сигнал на выходе дифференциатора, если на вход подается сигнал, указанный в таблице 4.2. Данные для дифференциатора также приведены в таблице 4.2.
Вариант
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Параметр
Тип сигнала прямоуг треуг прямоуг треуг прямоуг треуг прямоуг треуг прямоуг треуг
R, кОм 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5
C, мкФ 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 0,95
Uвх, В 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
t1, мс 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Контрольные вопросы
5.1 Назначение интегратора (дифференциатора).
5.2 Привести передаточную функцию интегратора (дифференциатора).
5.3 Типовая частотная характеристика идеального интегратора (дифференциатора).
5.4 Как изменится частотная характеристика интегратора (дифференциатора) с учетом корректирующих элементов?
5.5 Почему инвертирующий вход ОУ с обратной связью называют «виртуальной землей»?
5.6 Вывести выражения для выходного напряжения идеального интегратора (дифференциатора) во временной области
5.7 Переходная характеристика при подаче на вход скачкообразного или периодического импульсного сигнала (для схем интегратора и дифференциатора).
5.8 Методы уменьшения погрешности интегрирования для схемы на ОУ.
5.9 Способы повышения устойчивости работы дифференциатора на ОУ.
5.10 Привести схемы инвертирующего и неинвертирующего усилителей на ОУ. Записать коэффициенты передачи.
5.11 Как нужно изменить схему неинвертирующего усилителя, чтобы получить схему операционного повторителя?
5.12 Перечислить свойства идеального операционного усилителя.
5.13 Пояснить отличие дифференцирующего усилителя от дифференциального.
5.14 Нарисовать схему инвертирующего сумматора.
5.15 Изобразить логарифмическую амплитудно-частотную характеристику реального ОУ.