К лабораторным работам (ii часть )
ЭЛЕКТРОННАЯ ТЕХНИКА
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ (II часть )
Рекомендовано к изданию Редакционно-издательским советом
Государственного образовательного учреждения
высшего профессионального образования
«Оренбургский государственный университет»
Оренбург 2008
УДК 621.31(075.3)
ББК 32.8
Р93
Рецензент
заведующая кафедрой электронной техники и физики Бушуй Л.А.
А. П. Рыжков
Р93Электронная техника: методические указания к
Лабораторным работам – Оренбург: Колледж электроники
И бизнеса ГОУ ОГУ, 2008. – 42 с.
Методические указания предназначены для выполнения лабораторных работ во втором семестре и могут быть использованы как преподавателями, так и студентами при изучении дисциплины «Электронная техника».
В методических указаниях рассмотрены теоретические сведения и даны практические рекомендации, необходимые для выполнения лабораторных работ во втором семестре учебного года.
ББК 32.8
© Рыжков А. П., 2008
©ГОУ ОГУ, 2008
Содержание
| |
1 Лабораторная работа 6.Исследование включения
транзисторов в схеме с общим эмиттером………………………………….
2 Лабораторная работа 7Исследование типовой схемы включения транзисторов с общим коллектором…………………………………….……
3 Лабораторная работа 8. Исследование бестрансформаторного
усилителя мощности…………………..…………………………………..….
4 Лабораторная работа 9. Исследование инвертирующей схемы включения операционного усилителя ……………..…………….………….
5 Лабораторная работа 10. Исследование неинвертирующей схемы включения операционного усилителя ………………………………………
6 Лабораторная работа 11. Линейные вычислительные схемы на основе операционного усилителя………………………………..…………………..
7 Лабораторная работа 12. Исследование аналогового компаратора…………………………………………………………………..
Список использованных источников………………………………….
Лабораторная работа №6
Тема: Исследование включения транзисторов в схеме с общим эмиттером
Цель работы:
Исследование характеристик и параметров усилительных каскадов на биполярных транзисторах в схеме с общим эмиттером (ОЭ) и отрицательной обратной связью по току (ООС)
Теоретические сведения
1.1.1 Основные характеристики усилителей
Усилитель - это устройство, предназначенное для усиления мощности входного сигнала за счет потребления энергии источников питания.
В зависимости от схемы включения биполярного транзистора (БТ), усилители делятся на:
- усилители с общим эмиттером (ОЭ);
- усилители с общим коллектором (ОК);
- усилители с общей базой (ОБ).
Чтобы определить схему включения транзистора, достаточно выяснить на какой его вывод подается входное напряжение Uвх и с какого вывода снимается выходное напряжение Uвых.
Например, если в схеме Uвх подается на базу относительно эмиттера, а Uвых снимается с коллектора тоже относительно эмиттера, то это схема усилителя с общим эмиттером ОЭ.
К основным параметрам усилителей относятся:
1) коэффициент усиления по:
а) напряжению Кu = Uвых./ Uвх;
б) току Кi = Iвых./ Iвх.;
в) мощности Кp = Pвых./ Pвх.= Кu* Кi.
2) входное сопротивление Rвх – это сопротивление между входными зажимами усилителя для переменного входного тока, определяется по формуле (1.1)
Rвх = Uвх./ Iвх (1.1)
3) выходное сопротивление Rвых – это сопротивление между выходными зажимами усилителя для переменного тока при отключенном сопротивлении нагрузки, определяется по формуле (1.2)
Rвых = Uвых./ Iвых., (1.2)
4) коэффициент полезного действия усилителя η – это отношение мощности (Рвых), поступающей в нагрузку, к мощности, потребляемой от источника питания(Рист), определяется по формуле (1.3):
η = Рвых../.Рист. (1.3)
К основным характеристикам усилителя относятся:
- амплитудно-частотная (АЧХ);
- фазочастотная (ФЧХ);
- амплитудная (АХ).
В общем случае коэффициент усиления по напряжению и току является величиной комплексной, характеризующейся модулем и фазой, которые зависят от частоты усиливаемого сигнала.
Из-за наличия в схеме усилителя реактивных элементов и зависимости свойств транзистора от частоты коэффициент усиления усилителя имеет различные значения на различных частотах.
Это явление называется частотными искажениями усилителя. Для их оценки вводится параметр, называемый коэффициентом частотных искажений М(w), равный отношению коэффициента усиления на средних частотах (Кuo) к коэффициенту усиления на данной частоте (Кu(w)):
Коэффициент частотных искажений определяется по формуле (1.4)
M(w) = Kuo / Ku(w) (1.4)
Частоты, на которых коэффициент усиления достигает предельно допустимого значения и определяется согласно формуле (1.5), называются верхней wв.гр. и нижней wн.гр. граничными частотами (частотами среза), а разность Δw = wв..гр. - wн..гр. – полосой пропускания усилителя или диапазоном усиливаемых частот.
 |
Ku(w)гр. = Kuo/Ö2=0,707*Kuo, (1.5)
Амплитудная характеристика усилителя-это зависимость амплитуды выходного сигнала Uвых.m от амплитуды входного сигнала Uвх.m на некоторой постоянной частоте.
Амплитудная характеристика идеального усилителя представляет прямую линию, проходящую через начало координат, а амплитудная характеристика реального усилителя совпадает с характеристикой идеального усилителя только на некотором участке.
При больших входных сигналах Uвх.m > Uвх.m.max, выходное напряжение усилителя перестает возрастать.
Это связано с тем, что рабочая точка транзистора попадает в область насыщения или отсечки, при этом выходной сигнал искажается.
Это явление называется нелинейными искажениями и оценивается коэффициентом гармоник Кг по формуле (1.6)
Кг = √∑Рп ∕ Р1 (1.6)
где Рn - мощность n-й гармонической составляющей выходного сигнала при n=2, 3, 4, ……, Вт;
Р1 - мощность первой гармоники, Вт.
Если нагрузка усилителя активная, то коэффициент гармоник
принимает вид согласно формуле (1.7):
Кг = √∑U2nm ∕ U21m = √∑I2nm ∕ I21m (1.7)
где Unm – амплитуда напряжения n-й гармонической составляющей выходного сигнала, начиная со второй гармоники, В;
U1m - амплитуда напряжения первoй гармонической составляющей выходного сигнала, В;
Inm - амплитуда тока n-й гармонической составляющей выходного сигнала, начиная со второй гармоники, А;
I1m – амплитуда тока первoй гармонической составляющей выходного сигнала, А.
При малых входных сигналах выполняется следующее условие (1.8)
Uвx. m < Uвx. m min (1.8)
При этом, выходное напряжение усилителя, остается практически постоянным и равным Uвыx.m.min. Напряжение Uвx.m.min называется напряжением собственных шумов усилителя.
Собственные шумы усилителя обусловлены различными помехами и наводками, а также непостоянством электрических процессов во времени.
Отношение Uвx.m.max/Uвx.m.min = D называется динамическим диапазоном усилителя.
1.1.2 Усилительный каскад на БТ с ОЭ
Наиболее распространенная схема усилительного каскада на биполярном транзисторе с ОЭ представлена на рисунке 1.1.
Входное усиливаемое переменное напряжение Uвх подводится к входу усилителя через разделительный конденсатор Cp1.
Конденсатор Cp1 разделяет источник входного сигнала и базовый вход усилителя по постоянному току, чтобы исключить нарушение начального режима работы транзистора VT1.
Усиленное переменное напряжение, выделяемое на коллекторе транзистора VT1, подводится к внешней нагрузке с сопротивлением Rн через разделительный конденсатор Ср2. Этот конденсатор служит для разделения выходной (коллекторной) цепи транзистора и внешней нагрузки по постоянной составляющей коллекторного тока IкA.
|
Значение IкA и других постоянных составляющих токов и напряжений в цепях транзистора зависят от режима работы по постоянному току (положения рабочей точки на нагрузочной прямой).
Положение рабочей точки, т.е. значение начального тока базы IбА задается делителем RI, R2. При отсутствии входного переменного сигнала в цепи коллектора протекает постоянный ток IкA, значение которого определяется по формуле (1.9):
UкэА + IкA*Rк + IэA *Rэ = UкэА + IкA(Rк + Rэ) = Eк, (1.9)
где Rк - сопротивление в цепи коллектора, Ом;
Rэ - сопротивление в цепи эмиттера, Ом.
Решив это уравнение относительно тока IкА, получим динамическую характеристику транзистора по постоянному току,которая рассчитывается по формуле (1.10)
IкA = Eк/(Rк+Rэ) - UкэА/(Rк+Rэ). (1.10)
Это выражение представляет собой уравнение прямой линии, проходящей через точки с координатами: (Ек, 0);(0, Eк/Rкэ), изображенными на выходных характеристиках транзистора.
Усилительные каскады могут работать в одном из режимов: А, В, С, АВ, определяемых начальным положением рабочей точки при отсутствии входного переменного сигнала.
При работе транзистора в активном (усилительном) режиме (классА) начальное положение рабочей точки должно быть таким, чтобы ток через активный элемент транзистора протекал в течение всего периода изменения входного сигнала, а амплитудное значение выходного тока Iкm не превышало начального тока IкA.
Начальное положение рабочей точки обеспечивается делителем напряжения R1, R2, значения которых определяется соотношениями (1.11), (1.12):
R1 = (Eк – UбэА - Urэ)/(Iдел + IбА), (1.11)
R2 = (UбэА + Urэ)/Iдел, (1.12)
где Iдел = (2...5)IбА - ток в цепи делителя;
Urэ = (0,1...0,25)Ек - для каскадов предварительного усиления.
При обеспечении режима работы транзистора необходимо осуществить температурную стабилизацию положения рабочей точки. С этой целью в эмиттерную цепь введен резистор Rэ, на котором создается напряжение отрицательной обратной связи ООС по постоянному току Urэ.
Для устранения ООС по переменному току при наличии входного переменного сигнала резистор Rэ шунтируют конденсатором Сэ, сопротивление которого на частоте усиливаемого сигнала должно быть незначительным.
Аналитический расчет коэффициентов усиления по току, напряжению и мощности, а также входного и выходного сопротивлений производится по эквивалентным схемам усилительного каскада для различных диапазонов частоты входного сигнала.
Подготовка к работе
1.2.1 Изучить принцип работы схем усилительных каскадов на БТ с ОЭ.
1.2.2 Изучить порядок расчета схем усилительных каскадов БТ с ОЭ и ОК.
1.2.3 Нарисовать схемы исследуемых усилительных каскадов.
1.2.4 Ознакомиться с порядком сборки схем на стенде.
План работы
 |
1.3.1 Собрать генератор синусоидальных колебаний согласно
рисунку 1.2.
|
1.3.2 Собрать схему усилителя без шунтирующего конденсатора в цепи эмиттера, на основе схемы рисунка 1.3. Установить значение сопротивления резистора R23 таким, при котором искажения сигнала на выходе будут наименьшие (по осциллографу).
1.3.3 Подать на вход усилителя от генератора ГС1 синусоидальный сигнал частой f = 1 кГц и амплитудой Uвх m = 0,05В. Замерить с помощью осциллографа амплитуду выходного сигнала Uвых.m и зарисовать осциллограммы входного и выходного напряжений.
Рассчитать коэффициент усиления каскада по напряжению.
1.3.4 Изменяя величину сопротивления R23, по осциллографу определить момент появления в выходном сигнале больших нелинейных искажений и зарисовать осциллограмму этого напряжения.
1.3.5 Включить емкость в цепь эмиттера и выполнить операции п.п. 1.3.3 и 1.3.4.
 |
 |
 |
1.3.6 Установить амплитуду входного сигнала Uвх m=0,05В - const. Изменяя частоту входного сигнала F от 0 до 100 кГц (рекомендуемые частоты, Гц: 20 , 50, 200, 500; 1000, 5000, 10000, 15*103, 20*103, 25*103 ,50*103 , 75*103 , 90*103 , 100*103), снять амплитудно-частотную характеристику усилителя и построить ее в логарифмическом масштабе.
1.3.7 Заполнить таблицу 1.1, в которой поместить результаты измерений и вычислений для построения логарифмической амплитудно-частотной характеристики (ЛАЧХ) при условии:.Uвх.m = 0,05В – const; Ku = Uвых..m/ Uвх.m. согласно формуле (1.13)
Ku = f(lgF) (1.13)
Таблица 1.1 – Результаты измерений и вычислений
| F, Гц | … | 10*105 | ||||||
| Uвых.m, В | ||||||||
| Ku |
1.3.8. Подать на вход усилителя синусоидальный сигнал частотой f=1кГц. Изменяя амплитуду входного сигнала Uвх.m от 0 до 0,5В согласно таблице 1.2, измерить Uвых.m.
1.3.9.Построить амплитудную характеристику усилителя согласно формуле (1.14)
Uвых.m =f(Uвх.m) (1.14)
1.3.10 Для каждого значения Uвх.m пронаблюдать осциллограмму выходного напряжения. Определить Uвх.m в момент появления существенных нелинейных искажений Uвых и зарисовать осциллограмму.
Таблица 1.2 – Результаты измерений
| Uвх.m, мВ | |||||||||
| Uвых.m, мВ |
1.3.11 Сравнить результаты теоретических расчетов и практических исследований, сформулировать выводы по каждому пункту рабочего задания.
1.4 Контрольные вопросы
1.4.1 Определить по принципиальной схеме усилительного каскада способ включения транзистора.
1.4.2 Объясните назначения отдельных компонентов схемы усилителя с ОЭ.
1.4.3 Когда следует применять усилительные каскады, включенные по схеме с ОЭ?
1.4.4 Назовите способы задания режима работы транзистора в усилительных каскадах?
1.4.5 Объясните влияние температуры на режим работы усилительных каскадов.
1.4.6 Какие вы знаете способы температурной стабилизации режима работы усилительных каскадов?
Лабораторная работа №7
Теоретические сведения
2.1.1 Усилительный каскад на биполярном транзисторе (БТ) с общим коллектором называется эмиттерный повторитель.
Эмиттерный повторитель (ЭП) представляет собой усилитель тока и мощности, выполненный на транзисторе по схеме с общим коллектором (ОК). Схема ЭП представлена на рисунке 2.1.
Сопротивление нагрузки включается в эмиттерную цепь транзистора. ЭП обладает повышенным входным и пониженным выходным сопротивлениями. Его входное и выходное напряжения совпадают по фазе и незначительно отличаются по величине. Отмеченные свойства ЭП позволяют использовать его для согласования высокоомного источника напряжения с низкоомной нагрузкой.
ЭП можно рассматривать как усилительный каскад с общим эмиттером (ОЭ), у которого Rк=0, а резистор в цепи эмиттера не зашунтирован конденсатором Сэ.
В этом случае все выходное напряжение, выделяемое на сопротивлении в цепи эмиттера, последовательно вводится во входную цепь усилителя, где вычитается из напряжения входного сигнала Uвх, снижая его. В схеме действует 100 % последовательная отрицательная обратная связь по току.
Коэффициент усиления по напряжению ЭП определяется по формуле (2.1):
Кu = Uвых/Uвх = (Iэ*Rэ)/(Iб*Rвх) (2.1)
где Ки – коэффициент усиления по напряжению;
Uвых, Uвх – напряжения на выходе и входе ЭП, В;
Iэ, Iб – сила тока на эмиттере и БТ соответственно, А;
Rэ, Rвх –сопротивления нагрузки на эмиттере и входе, Ом.
Коэффициент усиления по току Кi в схеме ЭП без учета сопротивления нагрузки Rн (холостой ход) определяется по формуле (2.2)
Кi = Iэ/Iб = 1+β. (2.2)
где β – коэффициент передачи тока в схеме с общим эмиттером
Подготовка к работе
2.2.1 Изучить принцип работы схем усилительных каскадов на БТ с ОЭ и ОК.
2.2.2 Изучить порядок расчета схем усилительных каскадов БТ с ОЭ и ОК.
2.2.3 Нарисовать схему исследуемого усилительного каскада.
2.2.4 Ознакомиться с порядком сборки схем на стенде.
План работы
2.3.1 Собрать генератор синусоидальных колебаний по схеме на рисунке 2.2
|
2.3.2 Собрать схему ЭП согласно рисунку 2.3
Установить значение сопротивления резистора R23 таким, при котором искажения сигнала на выходе будут наименьшие (по осциллографу).
2.3.3 Установить амплитуду входного сигнала Uвх.m=0,05В постоянной. Изменяя частоту входного сигнала F от 0 до 100кГц (рекомендуемые частоты, Гц: 20 , 50, 200, 500; 1000, 5000, 10000, 15*103, 20*103, 25*103 ,50*103 , 75*103 , 90*103 , 100*103), снять амплитудно-частотную характеристику усилителя,, значения которой занести в . таблицу 2.1.
|
 |
2.3.4 На основании полученных значений построить логарифмическую амплитудно-частотную характеристику (ЛАЧХ) при условии: Uвхm = 0,05В - const ; Ku = Uвых.m/ Uвх.m. в логарифмическом масштабе с использованием функциональной зависимости по формуле (2.3)
Ku = f(lgF) (2.3).
Таблица 2.1 – Результаты измерений и вычислений
| F, Гц | 2О | … | 10*105 | |||||
| Uвыхm, В | … | |||||||
| Ku | … |
2.3.4 Подать на вход усилителя синусоидальный сигнал частотой f=1кГц. Изменяя амплитуду входного сигнала Uвх.m от 0 до 0,5В, измерить Uвых.m. Результаты занести в таблицу 2.2
Таблица 2.2 – Результаты измерений для построения амплитудной характеристики усилителя Uвых.m =f(Uвх.m)
| Uвх.m, мВ | |||||||||
| Uвых.m, мВ |
2.3.5 Построить амплитудную характеристику усилителя с использованием функциональной зависимости по формуле (2.4)
Uвых.m =f(Uвх.m) (2.4)
2.3.6 Для каждого значения Uвх.m пронаблюдать осциллограмму выходного напряжения. Определить Uвхm в момент появления существенных нелинейных искажений Uвых и зарисовать осциллограмму.
2.4 Контрольные вопросы
2.4.1. Определить по принципиальной схеме усилительного каскада способ включения транзистора.
2.4.2. Сравните усилители с ОЭ, ОК, ОБ по коэффициентам усиления Ki, Ku, Kp.
2.4.3. В каком усилителе осуществляется усиление по напряжению и по мощности?
2.4.4. В каком усилителе осуществляется усиление по току и по мощности?
2.4.5. Какой усилитель обеспечивает максимальное усиление по мощности и почему?
2.4.6 Сравните усилители с ОЭ, ОБ, ОК по значениям Rвх иRвых. Чем обусловлено их различие?
2.4.7 Сравните частотные свойства каскадов с ОЭ, ОБ, ОК и объясните причины различия.
2.4.8 Объясните назначения отдельных компонентов схем усилителей с ОЭ, ОБ, ОК.
2.4.9 Как зависит Rвх, Rвых, Ku, Ki, Kp усилителя с ОЭ от значений электрических параметров отдельных компонентов схемы? *?
2.4.10 Когда следует применять усилительные каскады, включенные по схеме с ОЭ, ОБ, ОК?
2.4.11 Назовите способы задания режима работы транзистора в усилительных каскадах?
2.4.12 Объясните влияние температуры на режим работы усилительных каскадов.
2.4.13 Какие вы знаете способы температурной стабилизации режима работы усилительных каскадов?
Лабораторная работа №8
Теоретические сведения
Усилителями мощности называют выходные (оконечные) усилительные каскады, предназначенные для передачи потребителю указанной или максимально возможной мощности при заданных сопротивлениях нагрузки Rн, высоком к.п.д. и допустимых уровнях частотных и нелинейных искажений.
Выходные каскады, как правило, работают в режиме усиления больших сигналов и их важнейшими показателями являются:
- отдаваемая в нагрузку мощность;
- к.п.д.;
- уровень нелинейных искажений.
Уровень нелинейных искажений и к.п.д. усилителя существенно зависят от начального положения рабочей точки, поэтому необходимо строго соблюдать режим работы усилителя по постоянному току. Уровень нелинейных искажений оценивается коэффициентом гармоник Кг.
Выходные каскады проектируют в одно- и двухтактном исполнении. Однотактные каскады обычно работают в режиме класса А, двухтактные - в режиме класса В или АВ.
На практике наибольшее распространение получили двухтактные бестрансформаторные усилительные каскады, работающие в режиме класса В. Их достоинством является высокий к.п.д. и возможность получения большого коэффициента усиления по мощности. Существенное уменьшение нелинейных искажений в этих усилителях обеспечивается путем исключения начального участка входной характеристики, поэтому усилитель работает в режиме класса АВ, близкого к классу В.
В этих усилителях используют сочетание в одном каскаде либо однотипных, либо разнотипных транзисторов p-n-pи n-p-n типов, включенных по схеме с ОК. ?
Каскады, в которых использованы транзисторы p-n-pи n-p-n типов, носят название каскадов с дополнительной симметрией.
Одна из возможных схем усилительного каскада с дополнительной симметрией показана на рисунке 3.1.
|
Как видно из рисунка, такие выходные каскады имеют последовательное питание и параллельное включение нагрузки. При отсутствии входного сигнала ток в сопротивлении Rн практически отсутствует, поскольку небольшие начальные токи, протекавшие через транзисторы VТI и VТ2, в нем взаимно вычитаются. Эти токи обусловлены смещением, созданным падением напряжения на R2, определяемым по формуле (3.1):
UR2 = Iдел*R2, (3.1)
где Iдел – ток делителя, который можно рассчитать по формуле (3.2)
Iдел = 2*Uп/(R1 + R2 + R3), (3.2)
где R1, R2, R3 – сопротивления нагрузки, Ом.
Если транзисторы VТI и VТ2 идентичны по параметрам, то потенциалы баз транзисторов относительно эмиттеров, равны (–UR2/2) и (+UR2/2). В этом случае через транзисторы протекает одинаковый ток, а в сопротивлении нагрузки ток отсутствует. При этом ток делителя напряжений выбирают от 5 до 10 раз больше начальных базовых токов транзисторов. Это обеспечивает малое изменение потенциалов баз при температурных изменениях их токов.
Поскольку R2 мало, можно считать, что базы транзисторов по переменному току непосредственно соединены между собой. Вместо резистора R2 может быть включен диод VD3 или несколько последовательно соединенных диодов, которые обеспечивают требуемое падение напряжение между базами транзисторов при заданном токе делителя и в тоже время имеют малое дифференциальное сопротивление. Замена R2 диодами повышает температурную стабильность усилителя.
При подаче входного переменного усиливаемого сигнала один из транзисторов в зависимости от фазы сигнала закрывается, а открытый
транзистор работает, как усилительный каскад, собранный по схеме с ОК, т.е. как обычный эмиттерный повторитель (ЭП). Во время другого полупериода входного сигнала открытый и закрытый транзисторы меняются местами.
Выходное сопротивление ЭП мало, что облегчает согласование усилителя с низкоомной нагрузкой и к.п.д. схемы может быть достаточно большим. Поскольку выходное напряжение схемы с ОК почти равно входному, усиление мощности в таком усилителе достигается за счет усиления тока.
Для получения одинакового входного сопротивления в разные полупериоды и одинакового усиления по мощности транзисторы усилителя рекомендуется подбирать с идентичными параметрами.
Подготовка к работе
3.2.1 Изучить принцип работы схем двухтактных усилителей
мощности на БТ.
3.2.2 Изучить порядок расчета схем двухтактных усилителей*.
3.2.3 Нарисовать схемы исследуемых двухтактных усилителей
мощности.
3.2.4 Ознакомиться с порядком сборки схем на стенде.
План работы
3.3.1. Собрать схемы двух источников питания и схему генератора синусоидальных колебаний по рисунку 3.2.
|
3.3.2. Собрать схему двухтактного усилителя, представленную на рисунке 3.3.
Рисунок 3.3 - Бестрансформаторный двухтактный усилитель без элементов исключения начального участка входной характеристики.
3.3.3. Замерить с помощью амперметра А1 ток через нагрузку при отсутствии входного сигнала. Пояснить полученное значение.
3.3.4. Подать на вход усилителя синусоидальный сигнал частотой f=1кГц и амплитудой не более 3В. Снять и зарисовать осциллограммы входного напряжения и напряжения на нагрузке. Пояснить наличие в выходном напряжении переходных искажений.
3.3.5. Определить с помощью осциллографа на частоте f = 1кГЦ значение Uвх.max, при котором в выходном сигнале появляются заметные нелинейные искажения. Зарисовать осциллограммы напряжений.
3.3.6. Снять и построить амплитудную характеристику Uвых = f (Uвх)
при изменении Uвx от нуля до Uвх.max, при котором появляются в выходном сигнале визуально заметные на экране осциллографа нелинейные искажения.
3.3.7 Результаты занести в таблицу 3.1.
Таблица 3.1 - Результаты измерений для построения амплитудной характеристики
| Uвх.m, мВ | |||||||||
| Uвых.m, В |
3.3.8 Снять амплитудно-частотную характеристику усилителя при входном напряжении Uвx= IB., изменяя частоту входного сигнала от 0 до 100 кГц (рекомендуемые частоты, Гц: 20 ; 50; 200; 500; 1000; 5000; 10000; 15*103; 20*103; 25*103; 50*103; 75*103; 90*103; 100*103), построить ее в логарифмическом масштабе Ku = f(lgF).
3.3.9 Результаты занести в таблицу 3.2.
Таблица 3.2 – Результаты измерений и вычислений при условии
Uвх.m = 1В-const, Ku = Uвых.m/ Uвх.m.
| F, Гц | … | 10*105 | ||||||
| Uвхm, В | ||||||||
| Uвыхm, В | … | |||||||
| Ku | … |
3.3.10 Собрать схему двухтактного усилителя, представленную на рисунке 3.4.
Рисунок 3.4 - Бестрансформаторный двухтактный усилитель с элементами исключения начального участка входной характеристики
3.3.11 Для исследования данной схемы усилителя выполнить указания пунктов 3.3.3. – 3.3.8.
3.4 Контрольные вопросы
3.4.1 Объясните положение рабочей точки транзистора усилителя мощности, работающего в режимах класса А, АВ, В.
3.4.2. Сравните каскады усилителей мощности классов А, АВ, В по экономичности и уровню нелинейных искажений.
3.4.3. Объясните причины нелинейных искажений в каскадах усиления мощности на БТ.
3.4.4. Опишите принцип работы исследуемых схем.
3.4.5. Объясните назначение элементов исследуемых схем.
3.4.8. Как задается начальный режим работы усилителя, приведенного на рисунке 3.2.
Лабораторная работа №9
Теоретические сведения
Исследуемый усилитель называется операционным потому, что он может использоваться для выполнения различных математических операций над сигналами: алгебраического сложения, вычитания, умножения на постоянный коэффициент, интегрирования, дифференцирования, логарифмирования и т.д. Современный ОУ выполняется на базе интегральной микросхемы операционного усилителя, к выводам которой присоединяются источники питания, входных сигналов, сопротивление нагрузки, цепи обратной связи (ОС), коррекции частотных характеристик ОУ и другие цепи.
ОУ - это усилитель постоянного тока, имеющий большой коэффициент усиления по напряжению. Для получения возможности усиливать разнополярные сигналы ОУ запитывают, обычно симметричным, двухполярным источником питания.
На рисунке 4.1 показано условное обозначение ОУ с одним выходом и двумя входами: прямым и инверсным. Инверсный вход обозначают знаком инверсии (кружком) или помечают знаком "-". Прямой вход не имеет знака инверсии или его помечают знаком "+".
В общем случае на входные выводы ОУ подаются либо синфазный сигнал Uсф, величина которого определяется по формуле (4.1), либо дифференциальный сигнал, который определяется по формуле (4.2).
Uсф = (Uвх1 + Uвх2)/2, (4.1)
где Uсф – напряжение синфазного сигнал, В;
Uвх1 – напряжение на прямом входе, В;
Uвх2 – напряжение на инверсном входе,В.
Uдиф = Uвх1 - Uвх2 (4.2)
где Uдиф. – напряжение дифференциального сигнала, В.
 |
Рисунок 4.1- Условное обозначение ОУ
ОУ предназначен для усиления небольшого разностного (дифференциального) сигнала. Синфазный сигнал схемой ОУ должен быть максимально ослаблен. Выходное напряжение Uвых находится в фазе (синфазно) с напряжением на входе "+" Uвx1 и противофазно напряжению на входе "-" Uвх2.
На рисунке 4.2 приведены амплитудные характеристики ОУ.
 |
Рисунок 4.2- Амплитудные характеристики ОУ
4.1.1 Инвертирующий усилитель
В схеме на рисунке 4.3 входной сигнал подается на инвертирующий
 |
вход ОУ, а его неинвертирующий вход заземлен
Рисунок 4.3 – Схема инвертирующего усилителя
Усилитель называется инвертирующим, так как выходное напряжение Uвых инвертировано по отношению к входному напряжению Uвх. Отрицательная обратная связь создается с помощью резисторов R2, R1 (параллельная ООС по напряжению).
Коэффициент усиления напряжения Кuос схемой инвертирующего ОУ определяется по формуле (4.3)
Кuос = -R2/R1. (4.3)
Если R2 = R1, то Кuос = -1 и ОУ становится инвертирующим повторителем напряжения, у которого Uвых = -Uвх.
Входное сопротивление Rвх инвертирующего ОУ определяется по формуле (4.4)
.
Rвх = R1, (4.4)
Выходное сопротивление Rвых определяется по формуле (4.5)
Rвых = Rвых оу /(1 + Коу / Кuос) (4.5)
Для компенсации различия входных токов в схему введен резистор R3, который рассчитывается по формуле (4.6)
R3 = R1*R2/(R1+R2) (4.6)
Подготовка к работе
4.2.1 Изучить принцип работы, параметры, характеристики, схемы включения и возможности применения ОУ.
4.2.2 Определить входное, выходное сопротивления и коэффициент усиления инвертирующего усилителей для заданных преподавателем значений параметров исследуемых схем.
4.2.3 Нарисовать схему исследуемого усилителя.
4.2.4 Ознакомиться с порядком сборки схем на стенде.
План работы
4.3.1 Собрать схемы двух источников питания и генератора синусоидальных колебаний согласно рисункам 4.4 и 4.5.
|
|