Схема исследуемого каскада

Схема исследуемого каскада приведена на рис. 2.1.

Резисторный каскад с общим истоком

Рис. 2.1.

Каскад реализуется на лабораторном макете (рис. 2.2), который включает в себя резисторный усилительный каскад на полевом транзисторе КП103Ж, встроенный генератор прямоугольных импульсов, выполненный по схеме симметричного мультивибратора, и источник питания.
Схема лабораторного макета

Рис. 2.2.

Резистор в цепи стока R_c (см. рис. 2.1) создает путь для протекания постоянной составляющей тока стока. Совместно с резистором внешней нагрузки R_Н резистор R_c образует сопротивление нагрузки каскада по переменному току R_~, на котором выделяется напряжение усиленного сигнала. Разделительный конденсатор С_Р пропускает переменную составляющую сигнала на нагрузку и препятствует попаданию постоянного напряжения стока в нагрузку. На резисторе в цепи истока R_и создается автоматическое смещение. Сопротивление резистора R_и выбирается такой величины, чтобы падение напряжения на нем было равно требуемому напряжению смещения на затворе с обратным знаком. (Падение напряжения на резисторе в цепи затвора R_з близко к нулю, так как ток затвора очень мал). Блокировочный конденсатор в цепи истока С_и большой емкости включается параллельно резистору R_и для устранения потери усиления в рабочем диапазоне частот за счет обратной связи. Фильтр С_фR_ф в цепи стока служит для дополнительного сглаживания пульсаций источника питания. Цепи С_иR_и и С_фR_ф являются вспомогательными цепями. Их влияние на характеристики каскада в данной работе не исследуются. Общая шунтирующая емкость С₀, подключенная параллельно выходным зажимам, складывается из выходной емкости полевого транзистора, емкости монтажа, входных емкостей вольтметра и осциллографа и составляет 270 пФ.
Расчетное задание

Исходные данные для расчета следующие:

· напряжение источника питания E_П=15 В;

· напряжение смещения на затворе в точке покоя U_зи=1 В;

· сопротивления резисторов в цепях стока, фильтра, истока и нагрузки R_с=9,1 кОм, R_ф=6,2 кОм, R_и=2,2 кОм, R_Н=9,1 кОм;

· емкость разделительного конденсатора C_Р=0,1 мкФ;

· общая емкость, шунтирующая нагрузку, С₀=270 пФ;

· крутизна транзистора в рабочей точке S=1,1 мА/В;

· внутреннее сопротивление полевого транзистора R_j=33 кОм;

· длительность прямоугольного импульса на входе t_и=40 мкс (временем установления входного импульса можно пренебречь, т.к. оно мало по сравнению с временем установления каскада).

До начала экспериментальной части работы необходимо провести следующие построения и расчет:

2.3.1. На семействе выходных статических характеристик полевого транзистора КП103Ж (рис. 2.3) построить нагрузочные прямые постоянного и переменного тока. Определить максимально возможные амплитуды входного и выходного напряжений (при условии, что отсечки тока нет и амплитуда выходного тока равна току покоя).

Выходные характеристики полевого транзистора КП103Ж

Рис. 2.3.

2.3.2. Рассчитать коэффициент усиления K₀.

2.3.3. Рассчитать нижнюю и верхнюю граничные частоты каскада f_н и f_в (при уровне частотных искажений по нижним и верхним частотам 3 дБ).

2.3.4. Рассчитать время установления фронта импульса t_у и спад плоской вершины импульса Δ.

2.3.5. Рассчитать и построить амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) (Вычислить нормированный коэффициент усиления в области нижних частот Y_н для частот 50, 100, 200, 500 Гц, вычислить нормированный коэффициент усиления в области верхних частот Y_в для частот 20, 50, 100, 200 кГц).

При построении АЧХ использовать логарифмический масштаб по оси частот (Приложение 1).

При расчетах использовать следующие соотношения:

; (2.1)

; (2.2)

; (2.3)

; (2.4)

; (2.5)

; (2.6)

; (2.7)

; (2.8)

; (2.9)

. (2.10)