![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Задание и порядок выполнения работы
3.1. Задание 1. Исследование усилителя напряжения низкой частоты на транзисторе (ОЭ). Схема усилителя с общим эмиттером приведена на рис. 21. Обратная связь усилителя подключается или отключается переключателем B. Выходной сигнал усилителя снимается с коллектора и через разделительные конденсаторы емкостью С1= 1 МкФ или С2=0, 1 МкФ подается в нагрузку. Подключение того или иного конденсатора производится ключом A.
Рис. 21. Схема моделирования усилителя с общим эмиттером.
Синусоидальный сигнал на вход усилителя подается с выхода функционального генератора (рис. 22). Рис. 22. Функциональный генератор.
Как можно заметить, генератор обеспечивает формирование сигналов трех видов (синусоидального, треугольного и прямоугольного) с любой амплитудой, частотой и скважностью. Нужный параметр легко вводится в рабочем поле генератора. Выходной сигнал усилителя измеряется вольтметром или осциллографом. Осциллографом также можно контролировать момент наступления существенных нелинейных искажений в выходном сигнале (рис. 23).
Рис. 23. Виртуальный осциллограф.
Измерение частотной характеристики усилителя производится с помощью анализатора (рис. 24).
Рис. 24. Виртуальный анализатор спектра, амплитудно-частотная характеристика.
Представленный рисунок отображает амплитудно-частотную характеристику (Magnitude) усилителя. По вертикальной оси откладывается коэффициент усиления в линейном масштабе. Начальная точка оси (I) в данном случае установлена равной нулю, а конечная (F) – равной 500. Масштаб по горизонтальной оси – логарифмический с начальной точкой 1 Гц и конечной 1 ГГц. Перемещая мышью вертикальную линейку по оси частот можно измерять коэффициент усиления на любой частоте. В частности, на рис. 24 вертикальная линейка установлена на частоте 28.48 кГц и показывает, что усиление на этой частоте равно 197. Для измерения фазо-частотной характеристики необходимо в рабочем поле анализатора мышью активизировать клавишу Phase (рис. 25).
Рис. 25. Виртуальный анализатор спектра, фазо-частотная характеристика.
Здесь видно, что при начале вертикальной оси в точке -270 градусов и окончании в точке 90 градусов на той же частоте 28.48 кГц фазовый сдвиг равен -179.9 градуса. 3.1.1. Исследовать влияние величины входного напряжения 1) без обратной связи по переменному току; Для этого необходимо: а) Открыть файл 23lab1.ewb – усилитель с общим эмиттером https://hoster.bmstu.ru/~fn7/vl.html; б) раскрыть функциональный генератор и установить синусоидальный сигнал с частотой f =1000 Гц; в) замкнуть переключатель B (без обратной связи) и подключить переключателем А разделительный конденсатор C1= 1 мкФ; г) активизировать схему (тумблер в правом верхнем углу экрана) и изменяя амплитуду входного сигнала в соответствии с таблицей 1 измерять вольтметром действующее значение выходного напряжения. Результаты измерение занести в таблицу 1;
Таблица 1
д) построить амплитудную характеристику усилителя. Для получения амплитудного значения е) определить по амплитудной характеристике на начальном линейном участке коэффициент усиления по напряжению ж) определить по амплитудной характеристике начало участка насыщения, установить входное напряжение соответствующее этой точке, активизировать осциллограф и убедиться в наличии нелинейных искажений на осциллограмме. 2) с отрицательной обратной связью по переменному току. Разомкнуть переключатель B (ввести обратную связь). Изменяя Таблица 2
Далее проделать те же измерения, что и в случае без обратной связи, а амплитудную характеристику отобразить на графике. Сравнить коэффициенты усиления по напряжению 3.1.2. Исследовать влияние на полосу пропускания усилителя емкости разделительных конденсаторов и ООС. Для этого необходимо: а) установить конденсатор С1=1 мкФ и замкнуть B (усилитель без ОС); б) активизировать схему и анализатор. Перемещая линейку в рабочем поле анализатора, найти коэффициент усиления усилителя в) перемещая линейку в сторону низких частот, найти частоту г) перемещая линейку в сторону высоких частот, найти частоту д) занести значения Провести аналогичные измерения при другом значении разделительного конденсатора C2=0, 1 мкФ, а далее разомкнуть B (с ООС) и измерить то же сначала при С1=1 мкФ а затем при C2=0, 1 мкФ. Результаты также отобразить в таблице 3. Таблица 3
Сделать выводы о влиянии обратной связи и разделительных конденсаторов на граничные частоты и полосу пропускания. 3.2. Задание 2. Исследование инвертирующего усилителя напряжения низкой частоты на базе операционного усилителя. Исследовать зависимость коэффициента усиления усилителя от параметров цепи обратной связи и частоты входного сигнала. Для этого необходимо: а) открыть файл 23lab2.ewb – операционный усилитель https://hoster.bmstu.ru/~fn7/vl.html; (рис. 26); б) подав на вход усилителя напряжение Уменьшение сопротивления переменного резистора R2 осуществляется последовательным нажатием клавиши R на клавиатуре, а увеличение совместным нажатием Shift+R. По результатам эксперимента вычислить для двух случаев коэффициент усиления по напряжению Рис. 26. Схема моделирования операционного усилителя.
Таблица 4
в) наблюдая форму выходного сигнала u н(t) на экране осциллографа, определить значение входного напряжения г) активизировать анализатор и, перемещая измерительную линейку в его рабочем поле, определить Результаты измерений занести в таблицу 5. Сделать выводы о влиянии глубины обратной связи на граничные частоты и полосу пропускания операционного усилителя.
Таблица 5
4. ПРИЛОЖЕНИЕ 4.1. Пример расчета режима покоя усилителя с общим эмиттером Численные данные и методика расчета взяты из [4, 5]. Для усилительного каскада, схема которого приведена на рис. 3, заданы: - тип транзистора - ГТ108А; - напряжение источника питания - ток покоя коллектора - напряжение покоя эмиттер-коллектор - сопротивление нагрузки Рассчитать сопротивления резисторов схемы. Принять РЕШЕНИЕ При использовании транзистора p-n-p типа необходимо изменить полярность источника питания В статическом режиме входное напряжение отсутствует, и токи протекают только под действием источника питания Уравнение статической линии нагрузки: Учитывая, что Откуда ток коллектора Рис. 27. Расчет режима покоя.
При использовании значений тока в миллиамперах сопротивления получаются в килоомах. По полученному уравнению на выходных характеристиках транзистора ГТ108А строим статическую линию нагрузки (рис. 28) по двум точкам: точка покоя А с координатами
Входные характеристики Выходные характеристики Рис. 28. Характеристики транзистора ГТ108А. Подставляя в уравнение линии нагрузки численные значения, получаем Так как по условию Для контура Кирхгофа: Точка покоя А лежит на выходной характеристике характеристике Учитывая, что Аналогично для контура 4.2. Пример выполнения виртуальной лабораторной работы. Порядок выполнения лабораторной работы изложен в разделе 3. Здесь приведены измерения и графики, полученные в результате моделирования. 4.2.1. Усилитель с общим эмиттером. Исследовать влияние величины входного напряжения Без обратной связи по переменному току. Таблица 6
Коэффициент усиления, определенный по амплитудной характеристике на начальном линейном участке Участок насыщения начинается с входного напряжения 35 мВ (уменьшается наклон характеристики). Резкое уменьшение усиления наблюдается при входном напряжении более 50 мВ. Рис. 29. Амплитудная характеристика усилителя с ОЭ без обратной связи.
Рис. 30. Искажения формы сигнала при
С отрицательной обратной связью по переменному току. Таблица 7
Рис. 31. Амплитудная характеристика усилителя с ОЭ и ООС.
Коэффициент усиления, определенный по амплитудной характеристике на начальном линейном участке Участок насыщения явно не выражен. Нелинейные искажения начинаются, когда входное напряжение превышает 170 мВ. Рис. 32. Искажения формы сигнала при
Выводы: коэффициент усиления при наличии ООС уменьшается в 3, 8 раза. Примерно во столько же раз расширяется линейная зона усилителя. Исследование влияния на полосу пропускания усилителя емкости разделительных конденсаторов и ООС. 1. С1=1 мкФ (усилитель без ОС). Рис. 33. Частотная характеристика усилителя без ОС, С1=1 мкФ, линейка в области средних частот.
Рис. 34. Частотная характеристика усилителя без ОС, С1=1 мкФ, линейка на нижней граничной частоте.
Рис. 35. Частотная характеристика усилителя без ОС, С1=1 мкФ, линейка на верхней граничной частоте.
Аналогичные измерения при значении разделительного конденсатора С1=1 мкФ и C2=0, 1 мкФ с ООС и без ОС отображены в таблице 8. Выводы: увеличение емкости разделительного конденсатора и введение ООС снижает нижнюю граничную частоту усилителя. Верхняя граничная частота практически не зависит от этих параметров и определяется частотными свойствами транзистора.
Таблица 8
4.2.2. Операционный усилитель. Исследование зависимости коэффициента усиления усилителя от параметров цепи обратной связи и частоты входного сигнала. Таблица 9
Рис. 36. Форма сигнала (начало искажений) при R OC =100 кОм. Рис. 36. Форма сигнала (начало искажений) при R OC =200 кОм.
Таблица 10
Рис. 37. Частотная характеристика усилителя при R OC =100 кОм, линейка на средних частотах.
Рис. 38. Частотная характеристика усилителя при R OC =100 кОм, линейка на верхней граничной частоте.
Выводы: 1. Расчетные коэффициенты усиления практически не отличаются от экспериментальных. 2. Нелинейные искажения наступают, когда уровень выходного сигнала приближается к напряжению питания ОУ. 3. Нижняя граничная частота полосы пропускания равна нулю. При увеличении вдвое коэффициента усиления, полоса пропускания уменьшается практически в два раза. 4. Экспериментальные данные полностью подтверждают теоретические положения.
|