Клиначёв Николай Васильевич
Клиначёва Наталья Васильевна

Модель транзисторного каскада с ОЭ и ООС по напряжению

Схемотехника усилительного каскада на транзисторе с общим эмиттером, разнообразна. Но существует лишь два способа стабилизации его параметров — это организация ООС либо по току, либо по напряжению. Рассмотрим схему с ООС по напряжению. Встроенная в страницу виртуальная учебная модель позволяет:

  1. Приобрести навык настройки каскада с ОЭ, т.е. ознакомиться с процедурой выбора рабочей точки по постоянной составляющей.
  2. Снять амплитудную характеристику усилительного каскада и определить динамический диапазон для входного сигнала.
  3. Снять частотные характеристики (ЛАЧХ & ЛФЧХ).
  4. Изучить последствия применения отрицательной обратной связи (ООС) на свойства усилительного каскада.

Порядок проведения экспериментов с моделью следующий. Для выбора рабочей точки каскада по постоянной составляющей следует регулировать ток смещения базы подбором номинал резистора R2 при заданных: коэффициенте усиления транзистора (h21), требуемой нагрузке каскада (Rк) и нулевом входном сигнале. Успешной считается настройка, когда осциллограмма напряжения на коллекторе находится посередине между напряжением питания и напряжением на базе транзистора. Зачем нужно соблюдать подобное условие? Это можно легко понять, увеличивая амплитуду входного сигнала — и положительная и отрицательная полуволны напряжения на коллекторе, при насыщении каскада должны ограничиваться симметрично. Для быстрой настройки каскада, первоначально, следует грубо оценить ожидаемый номинал резистора R2 (R2 ≈ Rк · h21). На практике, в силу технологических особенностей изготовления транзисторов, паспортная величина коэффициента усиления (h21) может отличаться в пределах ±20%. Поэтому, иногда, требуется подбор резистора.

После настройки каскада по постоянной составляющей можно определиться с номиналом резистора R1. В паре с резистором R2 он определяет коэффициент усиления каскада R2 / R1 и величину ООС по напряжению. Экспериментируя с моделью можно убедиться в том, что чем глубже ООС, т.е. чем меньше коэффициент усиления каскада (в сравнении с коэффициентом усиления транзистора), тем меньше его параметры будут подвержены влиянию внешних (в первую очередь изменению температуры) и внутренних факторов (вариации параметра h21).

Амплитудная характеристика — это зависимость действующего значения переменной составляющей напряжения на выходе усилителя от действующего значения переменной составляющей напряжения на входе усилителя. Данная модель не имеет вольтметра, поэтому амплитудную характеристику можно снять как отношение амплитуд переменных составляющих выходного и входного напряжений. При уменьшении амплитуды входного синусоидального воздействия ниже уровня шумов выходное напряжение на коллекторе более не уменьшается (амплитуду шума можно определить увеличив фрагмент осциллограммы мышкой при удержании клавиши Ctrl). Второй излом амплитудной характеристики наблюдается при увеличении входного сигнала и насыщении каскада.

Для проведения эксперимента по снятию ЧХ, следует для настроенной по умолчанию модели, установить галочки "Авторестарт" и "+IC" в форме "Свойства симуляции", и, запустив симуляцию, плавно перемещать ползунок регулятора настройки частоты синусоидального генератора.


Примечание 1: Модель транзистора, использованного в данном усилительном каскаде, грубо, но все же учитывает шум, возникающий в полупроводниках.

Примечание 2: Если щелкнуть мышкой по условным графическим обозначениям радиодеталей в схеме электрической принципиальной, то откроется окно соответствующей схемы замещения.

27.02.2006