Определение результирующих параметров коэффициент усиления на средних частотах

K=S* =(1,4* )*1,6* =2,24раз

Где S- крутизна транзистора; справочный параметр; если в справочниках указаны максимальное и минимальное значение S, то следует вычислить среднюю величину. При расчете К учитывайте,что S выражается в мА/В, поэтому в формулу подставляйте  в кОм.

Коэффициент частотных искажений в области верхних частот

= )^2= 1+(2*3,14*900* 80* *1,6* =1,2

Где -нагружающая каскад емкость;

- верхняя часота рабочего диапазона.

Величина  не должна превышать 1,413

Назначение корректирующих цепей.Для того чтобы расширить полосу усиливаемых частот до самых высоких, включая единицы и десятки мегагерц , без уменьшения коэффициента усиления на специальные цепи высокочастотной коррекции. Эти цепи в импульсных усилителях позволяют уменьшить время установления импульса, улучшая переходную характеристику в области малых времени .

Аналогично можно улучшить переходную характеристику и в области больших времен, расширив полосу усиливаемых частот до самых низших, введя в схему цепь низкочастотной коррекции.

Основная идея коррекции заключается в том, что корректирующее устройство должно осуществить подъем частотной характеристики усилителя в такой же степени, в какой происходит её завал.

В основном существуют схемы коррекции, которые используют: увеличение сопротивления нагрузки на тех частотах, где производится коррекция; явление резонанса, при котором также увеличивается сопротивление нагрузки на требуемой частоте; частотно-зависимую отрицательную обратную связь, при которой уменьшается коэффициент усиления на всех частотах, кроме тех, на которых нужно получить подъем усиления.

Схема коррекции без обратной связи. При наличии разделительного конденсатора в схеме резисторного каскада коэффициент усиления на нижних частотах уменьшается по сравнению с К. Для компенсации этого явления, выбирают схему, которая позволяет увеличить коэффициент усиления на нижних частотах по сравнению со средними частотами. Коэффициент усиления ,где -сопротивление, которое меняется с изменением частоты так, что увеличивается на нижних частотах. Этого можно добиться по схеме рис 1.2

В этой схеме переменная составляющая тока замыкается через , и общее сопротивление в цепи коллектора +1/j .Емкость  выбирают такой,чтобы она для верхних и средних частот представляла очень малое сопротивление,а на нижних частотах сопротивление ее заметно возрастало. На средних, а тем более на верхних частотах.

Исследование АЧХ широкополосного усилителя.

Исследование заключается в наблюдении и анализе зависимости коэффициента усиления от частоты при различных условиях измерений, в определении диапазона рабочих частот (ДРЧ) и анализе влияния элементов коррекции в области НЧ и ВЧ диапазона.

Схема исследования приведена на рисунке 4.1

Предварительный расчет.

Выполнить предварительный расчет: используя данные принципиальной схемы, рассчитать оптимальные значения L1 и С6 для получения максимально плоской формы АЧХ в области граничных частот (fв и fн). Варианты значений выходной разделительной емкости (С2) и емкости нагрузки С4, указанные в таблице 1, выбираются по № варианта.

Произведем исследования для первого варианта

Таблица 4.1 Исходные данные

    Расчет оптимальных значений С6 , L1 и П (площади усиления).

4.1.1.Оптимальное значение емкости С6 определяется выражением

    = 1,02мкФ                   

4.1.2.Оптимальное значение индуктивности L1_опт определяется как

L1_опт = 0,414С4(R5)² = 0,331мГн 

  Рисунок 4.1 Схема исследования ШУ

4.1.3. В каскадах на полевых транзисторах при больших значениях входного сопротивления входное напряжение практически равно ЭДС источника сигнала. Граничные частоты определяются при частотных искаженияхМн = Мв = 3 дБ. При выполнении условия f_в>>f_н площадь усиления можно определить как

П = К(f_ср) ×f_в , = 17*117,96 = 2005320                

При расчете площади усиления, коэффициент усиления подставляется в относительных единицах (разах).

Исследование АЧХ

Измерения проводятся с помощью АС Боде для нескольких вариантов схемы, отличающихся величинами элементов параллельной коррекции.

По измеренным АЧХ определить значения граничных частот f_н и f_в и определитьК(f_ср). Граничные частоты определяются при допустимых частотных искаженияхМ_н = М_в = 3 дБ. Рассчитать площадь усиления каскада для каждого из указанных ниже вариантов схемы:

Рисунок 4.2 Амплитудно-частотная характеристика усилителя без коррекции (переключателиS1,S2 и S3 – разомкнуты)

Результат измерений:

4.2.1 Для схемы без коррекции:

- переключателиS3, S1 и S2 – разомкнуты.

Fв = 117,96 кГц; Fн = 31,32 Гц; Кср = 24,68 дБ; П = 2005320

- переключатели:S1- замкнут, S3, S2 – разомкнуты.

Fв = 438 кГц; Fн = 32,09 Гц; Кср = 14,03 дБ; П = 2190000

Рисунок 4.3 Амплитудно-частотная характеристика усилителя ( переключатели: S1- замкнут, S3, S2 – разомкнуты.

В последнем случае большая емкость фильтра (С5) фактически шунтирует сопротивление R6 по переменному току, тем самым уменьшая общее сопротивление в стоковой цепи транзистора. Видим, что уменьшение активного сопротивления нагрузки уменьшает коэффициент усиления, но расширяет частотный диапазон. При этом площадь усиления увеличилась.

4.2.2Для схемы с низкочастотной (С6, R6) и высокочастотной (L1) – коррекцией:

- переключатель S1- разомкнут, S2 и S3 – замкнуты;

Результаты измерений:

Fв = 681,29 кГц; Fн = 8,19 Гц; Кср = 15,03 дБ; П = 3856000

- при аналогичном положении переключателей и оптимальных значениях емкости С6 и индуктивности L1.

Результаты измерения:

Fв = 658,23 кГц; Fн = 8,46 Гц; Кср = 14,03 дБ; П = 3324062

Рисунок 4.4 Амплитудно-частотная характеристика усилителя (переключатели:S1- разомкнут, S2 и S3 – замкнуты)

Рисунок 4.5 Амплитудно-частотная характеристика усилителя (при аналогичном положении переключателей и оптимальных значениях емкости С6 и индуктивности L1.)

Таблица 7.2. Результаты исследований АЧХ усилителя.

Анализ результатов

Параметрами исследования являются:

 К₀ – средний коэффициент усиления (дБ);

ДРЧ – диапазон рабочих частот (кГц);

П – площадь усиления (отн. единицы).

Сравнивая результаты, приведенные в таблице .7.2 видно, что максимальный коэффициент усиления достигнут при отсутствии корректирующих элементов, при этом нагрузка имеет максимальное значение. Ко = 25 дБ.

Диапазон рабочих частот имеет наибольшее значение при коррекции НЧ и ВЧ номинальными значениями С6 и L1. ДРЧ = 681,28 кГц

Площадь усиления (П) также при номинальных значениях корректирующих элементов имеет наибольшее значение, П = 3856000.

При оптимальных значениях корректирующих элементов параметры несколько ниже, но равномерность АЧХ достигнута большей.

Вывод.

В данной главе произведены исследования АЧХ и анализ результатов исследования широкополосного усилителя при следующих условиях:

- без коррекции;

- без коррекции с сетевым фильтром;

- с НЧ и ВЧ-коррекцией при номинальных значениях параметров;

- с НЧ и ВЧ-коррекцией при оптимальных значениях параметров.