Определение показателей нелинейности и выбор оптимального режима

Полученные коэффициенты аппроксимации используем для определения параметров нелинейности и коэффициентов интермодуляционных искажений в широком диапазоне смещений , что позволит выбрать по этому виду нелинейности оптимальный режим, при котором стремится к нулю, а коэффициент усиления В₀ максимально возможный. Заметим, что экспериментальные определения коэффициентов и параметров нелинейности на основе известного двухсигнального метода измерения ПНП являются весьма трудоемкими. При этом определение оптимального режима становится вовсе проблематичным [1, 3].

Для определения найдем первую и вторую производные полинома , значение которых целесообразно занести в табл. 4.3, совмещая их с данными самого полинома в тех же контрольных точках.

(4.33)

Тогда с учетом коэффициентов найденного полинома (4.32) имеем

(4.34)

Далее по формуле (4.11) вычисляем , который заносим в табл. 4.3 и по ее данным строим совмещенные зависимости и в функции от напряжения и определяем оптимальный режим, при котором параметр имеет минимальное значение при максимально возможном коэффициенте усиления (рис. 2).

Рис 2. Экспериментальная (пунктиром) и теоретическая кривые (аппроксимирующий полином) и полученная зависимость в функции от напряжения затвора усилителя на ПТ 2П902А

Таблица 4.3

, В		0,4	0,8	1,2	1,6	2,0	2,4	2,8	3,2	3,6	4,0
	0,000574	1,5964132	6,605958	10,901099	13,88494	16,013656	17,65900	18,873555	19,6215	20,0416	20,3008
	-	18,106298	7,897901	-8,6577368	-5,2373952	-2,822148	-2,646064	-3,033736	-2,12276	-0,5938	-4,3992
, 1/В²	-	5,67	0,6	-0,4	-0,19	-0,088	-0,075	-0,08	-0,054	-0,009	-0,108

По данным табл. 4.3 и графикам (рис. 2) легко определить, что оптимальный режим составляет ≈3,6 В, при этом имеет место максимальное ослабление комбинационных составляющих 3-го порядка с

амплитудами и частотами и .

Коэффициент интермодуляционных составляющих , соответствующий этому ослаблению, согласно формуле (4.4) при амплитуде бигармонического интермодулирующего сигнала на выходе В равен:

=0,25· 0,14²= 0,0000483,

или в дБ: (дБ) = 20 lq k ₃= 20 lq 0,0000483 ≈ -86 дБ (рис. 3).

При этом амплитуды бигармонической комбинационной (интермодуляционной) составляющей с упомянутыми частотами и равны:

= 0,0000483·0,14·10 ≈6,7 мкВ.

Рис. 3. Вид интермодулирующих U₁ = U₂ и интермодуляционных Uk₃ спектральных составляющих на экране анализатора спектра

Безупречная точность приведенного расчета подтверждается на основе известного двухсигнального метода измерения соответствующих коэффициентов нелинейности второго к ₂или третьего к₃ порядков. Метод состоит в том, что на вход усилителя подают два равных сигнала и с частотами и , находящимися в полосе пропускания усилителя (рис. 4).

Рис. 4. Схема для измерения коэффициентов нелинейности k ₂ и k ₃и последующего вычисления Н₂ и Н₃

На выходе усилителя образуются ПНП второго или третьего порядков с соответствующими частотами f ₁± f ₂ или и и амплитудами U_к2 или U_k₃, измеряемыми анализатором спектра.

Измеренное ослабление величины ПНП третьего порядка (амплитуды ) относительно бигармонического сигнала , характеризуемое коэффициентом интермодуляции третьего порядка , измеряется непосредственно анализатором спектра в логарифмическом масштабе (в дБ).

Выводы.

1) В выполненной курсовой работе на основе аппроксимации заданной экспериментальной зависимости коэффициента усиления в функции от напря-жения смещения «затвор-исток» Кэ = f(Uзи) усилительного каскада на полевом транзисторе 2П902А(1S) и гармонического анализа с использованием метода «мгновенного коэффициента передачи» (МКП) определены параметры нелинейности третьего порядка Н3 во всем интервале смещений Uзи и выбран оптимальный режим усилителя, при котором Н3 стремится к нулю при максимально возможном коэффициенте усиления Кэ = Во.

2) Выбранный оптимальный режим соответствует ≈3,6 В, параметр нелинейности Н3 = (-0,00985) 1/ В².

3) В выбранном оптимальном режиме коэффициент интермодуляционных искажений третьего порядка составил k3 = -86 дБ при уровне равных амплитуд бигармонического сигнала на выходе усилителя U1 = U2 = Uс = 0,14 В (рис. 3).

При этом амплитуды бигармонической комбинационной (интермодуляционной составляющей с упомянутыми частотами и равны:

= 0,0000483·0,14·10 ≈6,7 мкВ.

Таблица вариантов заданий


Транзистор	U_зи,В		0,4	0,8	1,2	1,6	2,0	2,4	2,8	3,2	3,6	4,0
2П902А(0)	К_э		0,01	0,5	3,1	5,65	8,2	10,1	11,7	13,15	14,3	15,5
2П902А(1)	К_э		6,62	11,5		16,8		18,85	19,55	20,0	20,1	20,2
2П902А(3)	К_э		4,4	9,8		15,7	17,75	19,3	20,0	20,55	20,8	21,15
2П902А(1S)	К_э		5,4	10,8	15,5	18,35	20,7	21,8	22,2	22,55	22,85	23,0
2П902А(4)	К_э		2,18	8,95	13,1		17,8	19,2	20,1	20,8	21,0	21,1
2П902А(4S)	К_э		1,22	3,45	12,7	16,45	19,5	21,5	22,5	22,6	22,62	22,61
Транзистор	U_зи,В	-1,5	-1,2	-0,9	-0,6	-0,3		0,3	0,6	0,9	1,2	1,5
2П905А(14)	К_э		0,4	1,28	3,65	8,4	14,5	19,2	21,15	22,9	22,95	22,5
2П905А(14S)	К_э		0,08	0,5	1,85	7,5	15,33	21,33	25,28	25,0	24,0	22,8
2П905А(26)	К_э	2,0	3,58	5,82	9,35	14,8	21,0	25,4	28,15	29,5	29,49	29,1
2П905А(26S)	К_э	0,6	1,4	2,8	5,4	10,0	16,0	20,8	23,7	25,0	25,5	25,6
2П905А(119)	К_э		4,57	10,5	15,18	18,6	20,52	21,38	22,0	22,18	21,48	19,1
2П905А(119J)	К_э		0,6	2,6	6,8	12,2	18,6	25,6	32,8	39,8	46,8	53,2
2П905А(262)	К_э		0,3	0,9	2,1	6,38	12,0	16,12	18,9	20,05	20,1	19,7
2П905А(262J)	К_э		0,2	0,6	1,35	2,62	4,8	9,1	14,78	21,4	29,15	37,6
Транзистор	U_зи,В	-1,5	-1,2	-0,9	-0,6	-0,3		0,3	0,6	0,9	1,2	1,5
2П907А(1)	К_э	0,7	3,7	11,9	19,1	23,6	26,2	27,2	27,45	27,3	27,1	26,6
2П907А(1S)	К_э	1,0	2,0	15,0	27,5	45,0	59,0	72,0	82,5	90,0	94,0	95,5
2П907А(3)	К_э	1,1	1,5	2,25	3,7	7,0	16,0	18,4	19,5	20,25	20,8	21,15
2П907А(3J)	К_э	4,0	4,2	4,62	5,6	8,35	42,0	56,5	71,0	85,2	99,5
Транзистор	U_зи,В	-12	-11,3	-10,6	--9,9	-9,2	-8,5	-7,8	-7,1	-6,4	-5,7	-5,0
2П601А(398)	К_э		4,12	16,1	19,0	19,8	19,78	19,52	19,08	18,5	17,9	17,32
2П601А (398S)	К_э		2,6	15,0	23,0	31,5	34,0	30,8	35,3	30,4	30,8	34,0
2П601А (398J)	К_э		0,3	9,0	23,5	43,0	66,0	89,0			157,7
2П601А (401)	К_э		13,0	17,0	18,35	18,58	18,42	18,12	17,7	17,15	16,56	15,9
2П601А(401S)	К_э		10,2	22,3	25,45	27,5	28,4	28,85	29,1	29,2	29,2	29,2
2П601А(401J)	К_э		2,3	16,9	40,0	60,0	80,0		120,5	140,5
Транзистор	U_зи,В	-5,6	-5,2	-4,8	-4,4	-4,0	-3,6	-3,2	-2,8	-2,4	-2,0	-1,6
2П601Б(1)	К_э		3,6	13,4	17,7	19,5	20,4	20,45	20,5	20,5	20,48	20,25
2П601Б(1J)	К_э		0,45	5,0	14,0	24,5	37,0	45,0	58,0	68,0	79,0	88,0
2П601Б(2)	К_э		1,69	7,22	10,0	11,5	12,25	12,6	12,75	12,8	12,9	12,9
2П601Б(2J)	К_э		0,36	4,6	12,9	23,2	35,0	46,0	57,0	66,5	78,0	88,0
2П601Б(3)	К_э		2,82	9,7	12,2	13,25	13,8	14,0	14,3	14,4	14,45	14,47
2П601Б(3J)	К_э		0,212	2,25	6,1	10,4	15,0	19,5	24,3	28,8	34,0	39,0
Транзистор	U_зи,В	-7,4	-7,0	-6,6	-6,2	-5,8	-5,4	-5,0	-4,6	-4,2	-3,8	-3,4
КП601А(1)	К_э		0,2	3,55		13,5	14,9	15,5	16,0	16,2	16,1	16,05
КП601А(2)	К_э		0,18	3,4	9,0	12,1	13,5	14,2	14,7	14,9	15,0	14,9
КП601А(3)	К_э		0,16	2,75	7,7	10,5	11,9	12,5	13,0	13,05	13,1	13,2
КП601А(4)	К_э		0,4	5,35	13,5	17,2	19,0	20,0	20,8	20,9	20,95	20,8
2П903А(1)	К_э		1,95	5,78	19,7	25,0	28,0	28,9	29,5	29,5	29,1	28,95
2П903А(2)	К_э		0,74	3,42	13,2	17,9	20,2	23,3	22,0	22,1	22,2	22,1
2П903А(3)	К_э		1,0	2,75	10,5	14,8	16,85	18,1	18,9	19,5	19,4	19,3
2П903А(4)	К_э		0,18	4,65	8,4	10,2	11,5	11,95	12,3	12,6	12,8	12,7
Транзистор	U_зи,В	0,5	0,52	0,54	0,56	0,58	0,6	0,62	0,64	0,66	0,68	0,7
2Т904А	К_э		1,0	1,7	4,0	10,0	21,0	39,0	65,5	97,5
2Т913А	К_э		1,0	1,2	2,0	3,8	8,8	18,0	32,0	54,0	76,0	94,0
Транзистор	U_зи,В	-4,0	-3,6	-3,2	-2,8	-2,4	-2,0	-1,6	-1,2	-0,8	-0,4
КП906А(1)	К_э		1,98	10,07	16,8	19,0	20,3	21,4	21,9	22,2	22,2	22,1
КП906А(2)	К_э		0,34	4,4	13,7	19,0	21,5	22,8	23,4	23,8	23,9	23,9