Исследование транзисторного резонансного усилителя (стр. 1 )

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО СВЯЗИ

Московский технический университет связи и информатики

Кафедра радиоприёмных устройств

Лабораторная работа №16

ИССЛЕДОВАНИЕ ТРАНЗИСТОРНОГО РЕЗОНАНСНОГО УСИЛИТЕЛЯ

Москва 2008

Лабораторная работа №16

ИССЛЕДОВАНИЕ ТРАНЗИСТОРНОГО РЕЗОНАНСНОГО УСИЛИТЕЛЯ

Составитель доцент Е. И.  Чуркин

Рецензент

Издание утверждено на заседании кафедры 26.03.08 г.

протокол № 7

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Исследование влияния величины связи колебательного контура с транзистором и нагрузкой на усилительные и селективные (избирательные) свойства транзисторного резонансного усилителя (РУ); исследование с применением средств вычислительной техники влияние внутренней обратной связи (ОС) в транзисторе на эквивалентные параметры и амплитудно - частотную характеристику (АЧХ) РУ. 

2. ЗАДАНИЕ ПО РАСЧЁТНОЙ ЧАСТИ

Используя приведённые в разд. 4 данные, для одного из указанных в табл. 1 вариантов*) рассчитать:

2.1. Коэффициенты m2C, обеспечивающие согласование с нагрузкой при коэффициентах m1, равных 1,0; 0,5; 0,3; 0,1 (рис 1а, б), а также соответствующие указанным m значения резонансного коэффициента усиления второго каскада РУ и его полосы пропускания П0,7.

2.2. Коэффициенты оптимального рассогласования m1опт и m2опт  при выбранной самостоятельно в пределах 5…20 кГц полосе пропускания каскада РУ; соответствующий им коэффициент усиления.

2.3. Резонансный коэффициент устойчивого усиления К0уст. Пользуясь  программой RPURU для ПК, рассчитать форму АЧХ контура на входе (!)  второго каскада (для тех же данных), по указанию преподавателя.

  3. ЗАДАНИЕ ПО ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ЧАСТИ

3.1. Произвести экспериментальную проверку результатов теории по п. 2.1.

3.2. Для найденных согласно п. 2.2. значений m1 опт и m2 опт  измерить коэффициент усиления и полосу пропускания второго каскада РУ.

*) Вариант расчёта выбирается в соответствии с порядковым номером фамилии студента в журнале группы, либо задаётся преподавателем.

 

  Рис. 1б

Таблица 1

Вариант задания к пп. 2.3, 3.3 и 3.4

№№ п/п	Ку	m1	m2Ч10-2	№№ п/п	Ку	m1	m2Ч10-2
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13	0,7 0,8 0,9 0,7 0,8 0,9 0,9 0,7 0,7 0,8 0,9 0,7 0,9	0,5 1,0 0,5 1,0 0,5 1,0 0,4 0,5 0,4 0,5 1,0 1,0 0,4	4 3 6 6 4 3 4 6 3 3 6 4 6	14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26	0,8 0,9 0,9 0,7 0,8 0,8 0,8 0,7 0,9 0,75 0,95 0,85 0,85	0,5 0,5 1,0 0,5 1,0 1,0 0,5 0,4 0,5 1,0 1,0 0,5 1,0	3 3 4 3 4 6 6 4 4 4 3 6 4

Примечания:

если при расчётах необходимо знать m2, то в соответствии с (11) полагать m2=m2C;

помимо указанного в таблице, в качестве расчётного значения m2вх взять также m2вх=0,05=5Ч10-2 .

Положение переключателя	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
Коэффициент включения	1,0	0,5	0,4	0,3	0,2	0,15	0,1	0,08	0,05	0,02	0

3.3. Снять АЧХ контура на входе транзистора V2: без ОС (m1=0 ) и при наличии ОС, если:

а) m1  (m2C =0,15);

б) m1 соответствует заданному в одном из вариантов предварительного расчёта (табл. 1).

3.4. Провести машинный эксперимент в компьютерном классе кафедры (по указанию преподавателя).

4. ЛАБОРАТОРНАЯ УСТАНОВКА

Лабораторная установка включает в себя макет двухкаскадного РУ на биполярных сплавно-диффузионных транзисторах П-423 (см рис. 1а), в котором первый каскад является вспомогательным (для исследования влияния ОС на его АЧХ), ГСС и два ламповых вольтметра (ЛВ).

Рабочий режим транзистора V2 устанавливается резисторами R6 и R8 (IK=2...5мА; Vк =5 В) и контролируется соответствующими приборами, установленными в макете.

Напряжение ГСС на вход транзистора V2 может подаваться либо непосредственно (уровень ~10 мВ), либо после предварительного усиления первым каскадом, собранным на транзисторе V1 (выходное напряжение ГСС 1…5 мВ).

РУ имеет следующие параметры:

резонансная частота 465 кГц;

коэффициенты включения первого (входного) контура со стороны коллекторной цепи транзистора V1 и со стороны базы транзистора V2  m1вх=0,02 и  m2вх=0,05;

параметры транзистора V2  в рабочем режиме: S0=120мА/В; q11=3•10-3 Cм; q22=8•10-5  Cм; Ск=10•10-12  Ф; ф=500  пс;

рабочий режим транзистора V1: IK=2 мА; Vк =5 В, вносимой проводимостью со стороны его выхода во входной контур можно пренебречь;

параметры контура второго каскада: индуктивность  L=340мкГн (с=1000 Ом ), собственное затухание d0=0,012 (добротность Q0~80); значения коэффициентов включения m1 и m2  коллектора транзистора V2 и  нагрузки ( qН=3•10-3  Cм) для соответствующих положений переключателей S2 (П1) и S3 (П2) указаны в табл. 2;

параметры первого (входного) контура: L1=410 мкГн (с1=1200Cм); d0=0,007 (Q0=140)

       5. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА

Устанавливаются рабочий режим транзистора V2 и выходное напряжение ГСС согласно данным разд. 4.

При выполнении п. 2.1 и 2.2 ГСС подключается непосредственно ко входу транзистора V2; подстройка выходного контура производится после каждого изменения коэффициентов включения.

При выполнении п. 2.3 на частоту 465 кГц настраивают оба контура, для чего сначала сигнал ГСС подаётся на вход второго каскада и настраивается его выходной контур (при m1=1 и m2=m2C),а  затем ГСС подключается ко воду БТ V1  и настраивается первый каскад, после этого переключатель S2  ставят в положение m1=0 и, изменяя частоту ГСС на входе БТ V1, определяют расстройку первого контура, возникшую из-за влияния внутренней ОС в БТ измерения проводят без дополнительной подстройки контуров L1C3 и LC13.

               6. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЁТА

Отчёт должен содержать расчётные формулы, результаты расчётов по ним в виде таблиц и графиков, результаты эксперимента в виде соответствующих кривых на тех же графиках.

  7. ВОПРОСЫ ТЕОРИИ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ И ПРОВЕРКИ

7.1.  Электрическая схема лабораторного макета РУ.

7.2. Эквивалентная схема активного четырёхполюсника с зависимым генератором тока; уравнение четырёхполюсника в Y-параметрах.

7.3. Коэффициент усиления (передачи ) однокаскадного РУ (общее выражение).

7.4. Входная проводимость РУ при наличии внутренней ОС (общее выражение).

7.5. Резонансный коэффициент усиления РУ, пути его максимизации (оптимизации).

7.6. Максимальный резонансный коэффициент усиления РУ при оптимальных коэффициентах включения m1ОПТ  и m2ОПТ  (случай «оптимального рассогласования»).

7.7. Резонансный коэффициент усиления РУ при согласовании «с источником сигнала».

7.8. Резонансный коэффициент усиления РУ при согласовании с нагрузкой.

7.9. Сравнить значения резонансных коэффициентов усиления РУ при согласовании «с источником сигнала» и нагрузкой.

7.10. Максимальный резонансный коэффициент усиления РУ при согласовании «с источником сигнала» (нагрузкой) в случае заданной полосы пропускания (dЭ).

7.11. Зависимость резонансного коэффициента усиления РУ при согласовании с нагрузкой от m1  при m2C.

7.12. Зависимость резонансного коэффициента усиления РУ от m1  при m2=const.

7.13. Внутренняя ОС в биполярном транзисторе, причины её возникновения, эквивалентные параметры цепи ОС.

7.14. Активная составляющая входной динамической проводимости, её качественная зависимость от расстройки.

7.15. Реактивная составляющая входной динамической проводимости, её качественная зависимость от расстройки.

7.16. Активная составляющая входной динамической проводимости, точки её экстремумов.

7.17. Активная составляющая входной динамической проводимости, нормированная величина её полного размаха. 

7.18. Коэффициент устойчивого (kУ) РУ. Определение, физический смысл.

7.19.  Коэффициент устойчивого (К0 УСТ)  РУ.

7.20.  Влияние внутренней ОС на работу РУ.

7.21. Влияние параметров активного элемента (транзистора) на устойчивость РУ.

7.22. Влияние параметров пассивных элементов электрической схемы на устойчивость РУ.

7.23. Влияние режима работы транзистора на устойчивость РУ.

7.24. Влияние коэффициента включения (связи) m  на селективные свойства РУ.

8.ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ О РЕЗОНАНСНЫХ  УСИЛИТЕЛЯХ

8.1. Анализ обобщенной эквивалентной схемы

  8.1.1. Коэффициент усиления (передачи)  РУ

На  рис. 1б показана упрощенная схема РУ, где резонансный контур каскада, в котором в качестве усилительного элемента применен транзистор  V1 ,  является входным, т. е. источником сигнала для каскада на транзисторе  V2 

Если напряжение на входе транзисторе мало, то он может быть представлен в виде активного линейного четырехполюсника с зависимым генератором тока (рис.2), описываемого в системе У - параметров уравнениями

  I1 = Y11U1  + Y12  U2         (1a)

  I2 = Y21U1  + Y22U2         (1б)

все I,  U -  комплексные величины (I = I, U = U)