Контрольная работа

Задание на контрольную работу
Выполнить расчет элементов схемы предварительного каскада усиления на биполяр­ном транзисторе с эмиттерной стабилизацией (рисунок 1, или 2) с исходными данными, указанными в таблице 1.
Текст пояснительной записки должен включать:
1. Схему рассчитываемого усилителя.
2. Выбор режима работы транзистора.
3. Расчет цепей питания по постоянному току (сопротивлений схемы).
4. Построение нагрузочной прямой по постоянному и переменному току (с обоснованием процесса построения).
5. Определение входного сопротивления усилительного каскада по переменному току.
6. Расчет стабилизации режима работы транзистора.
7. Расчет разделительных емкостей и емкости в цепи эмиттера транзистора.

Таблица 1 – Исходные данные к расчету
№
вар-та Тип
транзистора Тс мах
Еп
Rвх сл
Im вх сл
Rист
fн Мн Схема
(рис.)
С В Ом мА кОм Гц дБ
1 КТ3102А
(n – p – n) 40 12 400 2 1 100 2,5 1
2 КТ3107Б
(p – n – p) 42 24 500 4 1,2 150 3 2
3 КТ312Б
(n – p – n) 44 18 600 3 1,5 200 3,5 1
4 КТ361Б
(p – n – p) 46 20 800 2 1,8 250 4 2
5 КТ3102А
(n – p – n) 48 15 1000 4 2 300 4,5 1
6 КТ3107Б
(p – n – p) 50 16 400 5 1 100 2,5 2
7 КТ312Б
(n – p – n) 52 14 500 3 1,2 150 3 1
8 КТ361Б
(p – n – p) 48 15 600 3 1,5 200 3,5 2
9 КТ3102А
(n –p -n) 45 18 800 3,5 1,8 250 4 1
0 КТ3107Б
(p – n – p) 40 24 500 4 2 300 4,5 2

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

Работа № 1 "Исследование резисторного каскада предварительного усиления на биполярном транзисторе"
Цель работы. Исследовать влияние параметров элементов схемы каскада с эмиттерной стабилизацией на его показатели (коэффициент усиления, частотные и переходные характеристики).

Исходные данные для предварительного расчета: транзистор типа KT3102А с параметрами: h_21э=185, С_{бэ дин}=1,8нФ, f_h21э=1,5МГц, r_б¢б = 50 Ом; напряжение источника питания E_п=15В, ток покоя транзистора i_к0=18,6мА.
Варианты значений входной (С1) и выходной (С2) разделительной емкости, а также емкости нагрузки С3, указанные в таблице 1, выбираются по последней цифре пароля.

Таблица 1 – Варианты значений емкостей
№ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0
С1, мкФ 2.2 2.5 2.7 3 3.2 3.8 4.0 4.2 4.5 4.7
С2, мкФ 4.7 4.5 4.2 4.0 3.8 3.2 3 2.7 2.5 2.2
С3, пФ 200 300 400 500 200 300 400 500 400 500
С5, мкФ 500 400 500 400 300 200 500 400 300 200

Контрольные вопросы
1. Изобразить упрощенную эквивалентную схему транзистора для широкойполосы частот в системе физических параметров. Объяснить частотные свойства транзистора.
2. Изобразить эквивалентные схемы входной и выходной цепи резисторного каскада усиления для широкой полосы частот. Преобразовать схему для области нижних, средних и верхних частот.
3. По эквивалентной схеме выходной цепи резисторного каскада усиления для области нижних частот объяснить причины частотных и переходных искажений.
4. По эквивалентной схеме выходной цепи резисторного каскада усиления для области верхних частот объяснить причины частотных и переходных искажений.
5. Изобразить переходные характеристики резисторного каскада усиления в области больших и малых времен. Объяснить причины переходных искажений. Какими параметрами они оцениваются?
6. Объяснить действие большой емкости в цепи эмиттера на частотную характеристику.
7. Объяснить действие большой емкости в цепи эмиттера на переходную характеристику.
8. Объяснить действие эмиттерной высокочастотной коррекции с помощью малой емкости в цепи эмиттера на частотную характеристику.
9. Объяснить действие эмиттерной высокочастотной коррекции с помощью малой емкости в цепи эмиттера на переходную характеристику.

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

Работа № 2 "Исследование резисторного каскада широкополосного усилителя на полевом транзисторе"
Цель работы. Исследовать влияние элементов схемы каскада широкополосного усиления на полевом транзисторе с общим истоком на его показатели (коэффициент усиления, частотные и переходные характеристики).

Подготовка к работе
2.2.1. 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.
2.2.2. Изучить принципиальную схему каскада.
2.2.3. Выполнить предварительный расчет к лабораторной работе: используя данные принципиальной схемы, рассчитать оптимальные значения L и Сф для получения максимально плоской формы АЧХ в области граничных частот (fв и fн). Варианты значений выходной разделительной емкости (С_р2) и емкости нагрузки С_н, указанные в таблице 10.2, выбираются по последней цифре пароля.

Таблица 2 – Варианты значений емкостей

№ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0
Ср2, нФ 10 20 30 40 10 20 30 40 20 10
Сн, пФ 200 300 400 500 400 200 200 300 400 300

2.6. Контрольные вопросы1. Изобразить эквивалентные схемы выходной цепи каскада для областей нижних, верхних частот. Пояснить причины, вызывающие частотные искажения на низких и высоких частотах.
2. Пояснить причины, вызывающие переходные искажения в области больших и малых времен. Объяснить форму выходных импульсов для схемы без коррекции.
3. Объяснить влияние корректирующих элементов на АЧХ в области низких частот.
4. Объяснить влияние корректирующих элементов на переходную характеристику в области больших времен.
5. Объяснить влияние корректирующей индуктивности L₁ на АЧХ (ПХ) в области верхних частот (малых времен).
.6. Объяснить, как влияет изменение номиналов элементов схемы на АЧХ и ПХ (R_c, C_{р вых,}, С_н).
7. Что такое площадь усиления? Как она определяется по амплитудно-частотной характеристике?
8. Пояснить назначение и виды коррекции в каскадах широкополосного и импульсного усиления.
9. Объяснить отличия в форме АЧХ при емкости С5 и С6.

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

Работа № 3 "Исследование интегратора и дифференциатора на основе операционного усилителя"
Цель работы. Исследовать свойства и характеристики схем интегратора и дифференциатора на основе операционного усилителя (ОУ).

3.2.Подготовка 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.

Задание для исследования
1. Исследовать свойства интегратора, изображенного на рисунке 5, считая операционный усилитель, R и С идеальными элементами. Пояснить влияние сопротивления обратной связи R2 на логарифмическую амплитудно-частотную характеристику схемы интегратора. Для этого рассмотреть следующие варианты:
- сопротивление R2 отключено (R2 = ∞);
- R2 = 100 кОм;
- R2 = 10 кОм.
При выполнении отчета все три логарифмические (путем теоретического расчета или применения программ компьютерного моделирования) АЧХ изобразить для сравнения на одном графике. Отметить, как изменился коэффициент усиления на низких частотах, а также рабочая частота интегратора (минимальная частота, на которой интегратор сохраняет свои свойства). Объяснить результаты экспериментов.

1. Пояснить влияние сопротивления обратной связи R2 на переходную характеристику схемы интегратора, Для этого рассмотреть следующие варианты:
- сопротивление R1 отключено (R1 = 0);
- R1 = 100 кОм;
- R2 = 10 кОм.
При выполнении отчета все три переходные характеристики изобразить для сравнения на одном графике. Отметить, как изменилась форма выходного сигнала при подаче на вход двух периодов прямоугольного сигнала. Объяснить результаты экспериментов.

2. Исследовать логарифмические амплитудно-частотные характеристики схемы дифференциатора (рис.7). Для этого рассмотреть следующие варианты:
- сопротивление R1 отключено (R1 = 0);
- сопротивление R1 включено (R1 = 1 кОм);
- сопротивление R1 включено (R1 = 10 кОм);
При выполнении отчета все три логарифмические АЧХ изобразить для сравнения на одном графике. Отметить, как изменился коэффициент усиления на верхних частотах, а также рабочая частота дифференциатора (максимальная частота, на которой дифференциатор сохраняет свои свойства). Объяснить результаты экспериментов.

3. Пояснить влияние сопротивления R1 на переходную характеристику схемы дифференциатора. Для этого рассмотреть следующие варианты:
- сопротивление R1 отключено (R1 = 0);
- сопротивление R1 включено (R1 = 10 кОм);
При выполнении отчета переходные характеристики (качественно или с использованием программ компьютерного моделирования) изобразить на разных графиках. Отметить, как изменилась форма выходного сигнала. Объяснить результаты экспериментов.

3.7. Контрольные вопросы
1. Назначение интегратора (дифференциатора).
2. Привести передаточную функцию интегратора (дифференциатора).
3. Типовая частотная характеристика идеального интегратора (дифференциатора).
4. Как изменится частотная характеристика интегратора (дифференциатора) с учетом корректирующих элементов?
5. Почему инвертирующий вход ОУ с обратной связью называют «виртуальной землей»?
6. Вывести выражения для выходного напряжения идеального интегратора (дифференциатора) во временной области
7. Переходная характеристика при подаче на вход скачкообразного или периодического импульсного сигнала (для схем интегратора и дифференциатора).
8. Методы уменьшения погрешности интегрирования для схемы на реальных ОУ.
9. Способы повышения устойчивости работы дифференциатора на реальном ОУ.
10. Перечислить свойства идеального операционного усилителя.