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