Исследование усилительных каскадов на биполярных транзисторах

Цель работы – практическое ознакомление с особенностью усилительных каскадов с общим эмиттером (ОЭ), общим коллектором (ОК) или эмиттерным повторителем, общей базой (ОБ).

1. Подготовка к работе.

1.1. На чем основано усиление электрических сигналов с помощью транзистора ?

1.2. Почему схема с общим эмиттером нашла наибольшее применение ?

1.3. Что такое режим покоя усилителя ?

2. Оборудование: лабораторный стенд, блок № 3 (схемы А1, А2, А3, соединительные провода).

3. Задание № 1. Исследование усилительного каскада ОЭ.

3.1. Снять амплитудную характеристику .

3.2. Снять частотную характеристику при .

3.3. Измерить величину входного сопротивления и выходного сопротивления .

4. Задание № 2. Исследование усилительного каскада ОК (эмиттерного повторителя).

Снять амплитудную характеристику .

5. Задание № 3. Исследование усилительного каскада ОБ.

Снять амплитудную характеристику .

6. Порядок выполнения задания № 1. Схема А1.

6.1. Снятие амплитудной характеристики каскада ОЭ.

6.1.1. Подать питание на блок 3: «12В» - Х6; «-12 В» - Х9.

6.1.2. Напряжение, предназначенное для усиления, подать с выхода звукового генератора на вход каскада (гнездо Х2), одновременно измеряя его с помощью мультиметра.

6.1.3. Переключатель «ЧАСТОТА ГРУБО» звукового генератора поставить в положение «25¸2000 Гц».

6.1.4. Выход каскада соединить с входом осциллографа: Х7-«У», Х8 – «1». Переключатель осциллографа «ВОЛЬТ/ДЕЛ» поставить в положение «0,01х10», в переключатель «ВРЕМЯ/ДЕЛ» в положение «1ms».

6.1.5. Поворачивая у генератора ручку потенциометра «АМПЛИТУДА» по часовой стрелке, изменять входное напряжение каскада в пределах, указанных в таблице 4.1. Для каждого фиксированного значения входного напряжения измерить осциллографом соответствующее выходное напряжение каскада. Результаты измерения занести в таблицу 4.1.

Таблица 4.1

U вх, В		0,02	0,04	0,06	0,1	0,2	0,3	0,4	0,6	1,0	1,5	2,0	2,5	3,0
Uвых,В
Ки

6.1.6. Проследить по ходу измерений за изменением выходного напряжения. Зарисовать осциллограммы при двух значениях входного сигнала (при среднем и максимальном).

6.1.7. По данным, полученным в результате измерений, рассчитать коэффициент усиления по напряжения Ки, занести его значения в таблицу 4.1 и построить амплитудную характеристику.

6.2. Снятие частотной характеристики.

6.2.1. Поворачивая ручку потенциометра «АМПЛИТУДА» по часовой стрелке, установить входное напряжение средней величины, при котором еще нет искажений синусоиды на выходе усилителя (задается преподавателем). Не изменять его во время снятия характеристики.

6.2.2. Мультиметр, подключенный к входным клеммам каскада, переключить в режим измерения частоты, нажав кнопку F и установив предел измерения 10 кГц.

6.2.3. Переключателем «ЧАСТОТА ГРУБО» ступенчато и регулятором «ПЛАВНО» изменять частоту генератора, устанавливая ее в соответствии с таблицей 4.2. Следить за своевременным изменением пределов измерения мультиметра, работающего в режиме частотомера.

6.2.4. Измерить частоту входного сигнала и величину выходного напряжения для каждого положения переключателя осциллографом. Одновременно наблюдать изменение частоты выходного сигнала на его экране. Результаты измерений занести в таблицу 4.2.

Таблица 4.2

F, кГц	0,025	0,05	0,1	0,15	0,25	1,0	2,0	5,0	10,0	15,0	20,0
U,вых, В
Ки

6.2.5. По полученным данным рассчитать коэффициент усиления по напряжению Ки, занести его значения в таблицу и построить частотную характеристику каскада ОЭ.

6.3. Измерение входного сопротивления . Измерение производят по схеме, приведенной на рис. 2. На вход усилителя в общим эмиттером Х1 подать сигнал с частотой 2 кГц такой величины, чтобы он работал в линейном режиме (без искажения). Добавочное сопротивление вводится для увеличения точности измерения и должно иметь порядок . Производят два замера напряжения на выходе : при отключенном усилителе замеряется Е _г, а при включенном . Учитывая, что мультиметра много больше усилителя, имеем

,

R_г – принять равным 450 Ом.

Повторить измерение для схем включения ОЭ и ОК.

6.4. Измерение выходного сопротивления .

Измерение производится по изменения напряжения с изменением , замеряя поочередно , при холостом ходе; для этого необходимо отключить кнопкой и при подключенной нагрузке. рассчитывают, используя формулу:

.

7. Порядок выполнения задания № 2. Схема А2.

Снятие амплитудной характеристики каскада ОК (эмиттерного повторителя).

7.1. Подать питание на исследуемую схему: «+12 В» - Х4; «-12В» - Х6.

7.2. Напряжение предназначенное для усиления, подать с выхода звукового генератора на вход каскада, одновременно измеряя его с помощью мультиметра. Для этого выход движка потенциометра х10 соединить двухлучевыми проводами с входными клеммами каскада: «~» - Х1, « _ » - Х3 и с мультиметра, выставленным на измерение переменного напряжения на пределе измерения 2В.

7.3. Переключатель ЧАСТОТА ГРУБО звукового генератора поставить в положение 0,2-2 кГц.

7.4. Выход каскада соединить со входом осциллографа: Х5-«У», Х6-« _ ».

7.5. Переключатель осциллографа ВОЛЬТ/ДЕЛ поставить в положение 0,02 х 10, в ВРЕМЯ/ДЕЛ – в положение, при котором на экране просматривается 4-5 периодов сигнала.

7.6. Поворачивая ручку у потенциометра АМПЛИТУДА по часовой стрелке, изменять входное напряжение каскада в пределах, указанных в таблице 4.3. Для каждого фиксированного значения входного напряжения измерить осциллографом или вольтметром соответствующее выходное напряжение каскада. Проследить по ходу измерений за изменением выходного напряжения. Результаты измерения занести в таблицу 4.3, подобную таблице 4.1.

7.7. По полученным данным рассчитать коэффициент усиления по напряжению Ки, занести его значения в таблицу и построить амплитудную характеристику каскада ОК.

8. Порядок выполнения задания № 3. Схема А3.

Снятие амплитудной характеристики каскада ОБ.

8.1. Пункты 8.1 ¸8.7 выполнить аналогично пунктам 7.1¸7.7.

8.2. Поворачивая пучку потенциометра АМПЛИТУДА по часовой стрелке, изменять входное напряжение в пределах, указанных в таблице 4.4, а ручкой осциллографа ПЛАВНО добиться устойчивого изображения выходного синусоидального напряжения на экране.

8.3. Для каждого из указанных в таблице 4.4 значений входного напряжения измерить мультиметром соответствующие выходные напряжения каскада. Результаты измерений занести в таблицу 4.4, подобную таблице 4.1.

8.3. По полученным данным рассчитать коэффициент усиления по напряжению Ки, занести его значения в таблицу 4.4 и построить амплитудную характеристику каскада ОБ.

9. Содержание отчета.

9.1. Наименование лабораторной работы.

9.2. Цель работы.

9.3. Перечень приборов и оборудования.

9.4. Схемы усилительных каскадов в ЭА1, А2, А3.

9.5. Результаты исследований.

9.5.1. Таблицы № 4.1 – 4.4.

9.5.2. Характеристики:

- амплитудная для каскадов ОЭ, ОК, ОБ;

- частотная при каскада ОЭ.

9.5.3. Расчеты.

Коэффициент усиления по напряжению для всех каскадов, для всех каскадов.

9.5.4. Осциллограммы для каскада ОЭ при среднем и максимальном значениях входного напряжения.

9.6. Ответы на контрольные вопросы.

10. Контрольные вопросы.

10.1. Для чего служат делители напряжения в цепи базы усилительных каскадов ?

10.2. Когда происходит искажение выходного сигнала и почему ?

10.3. Почему уменьшается коэффициент усиления на низких частотах ?

10.4. В чем особенность эмиттерного повторителя ?

10.5. Какие выводы можно сделать об усилительном каскаде ОБ ?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5

ИССЛЕДОВАНИЕ ОПЕРАЦИОННОГО УСИЛИТЕЛЯ

Цель работы – изучение усилителя медленно изменяющихся сигналов (УПТ), выполненного на интегральной микросхеме и методов повышения его стабильности.

1. Подготовка к работе.

1.1. Каковы особенности УПТ ?

1.2. Что такое дрейф нуля ?

1.3. Что такое обратная связь в усилителях ?

2. Оборудование: лабораторный стенд, блок № 5, соединительные провода.

Задание № 1. Исследование неинвертирующего усилителя.

3.1. Изучить влияние входных сопротивлений на усилительные свойства операционного усилителя (ОУ).

3.2. Изучить влияние обратной связи на усилительные свойства ОУ.

3.3. Снять частотную характеристику ОУ.

4. Задание № 2. Исследование инвертирующего усилителя.

4.1. Изучить влияние входных сопротивлений.

4.2. Изучить влияние обратной связи.

4.3. Проанализировать, какая обратная связь позволяет реализовать макет.

5. Порядок выполнения задания № 1.

5.1. Изучение влияния входных сопротивлений на усилительные свойства неинвертирующего усилителя.

5.1.1. Для питания блока использовать напряжение равное 24 В и 12 В.

5.1.2. Соединить двухлучевым проводом «+» источника 24 В с «-» источника 12 В и клеммой Х7.

5.1.3. Подать питание на схему, соединив «-» источника 24 В с клеммой Х9, а «+» источника 12 В с клеммой Х8.

5.1.4. Произвести установку нуля операционного усилителя. Для этого необходимо:

- к клеммам Х10 и Х11 (выход усилителя) подключить мультиметр на пределе измерения постоянного напряжения 20 В;

- переменным сопротивлением R8 выставить минимальное напряжение на выходе ОУ.

5.1.5. Тумблер 1 поставить из исходного нижнего положения в верхнее.

5.1.6. напряжение, предназначенное для усиления, подать с выхода звукового генератора двухлучевыми проводами на вход усилителя: « ~ » - Х4, « » - Х3 и на мультиметр, выставленный на измерение переменного напряжения с пределом измерения 2 В.

5.1.7. Выход усилителя двухлучевыми проводами соединить со входом осциллографа «Х10» - «У», Х11 – « » и со вторым мультиметром, выставленным на измерение переменного напряжения с пределом измерения 20 В.

5.1.8. Добиться устойчивого и удобного для наблюдения изображения выходного напряжения на экране осциллографа с помощью переключателей ВРЕМЯ/ДЕЛ; U/ДЕЛ и ручки «ПЛАВНО».

5.1.9. Последовательно подсоединяя выход звукового генератора «ГНЧ» к клеммам Х5 и Х6, наблюдать изменение амплитуды выходного сигнала. Амплитуду напряжения на выходе усилителя измеренного с помощью осциллографа, занести в таблицу 5.1.

Таблица 5.1.

Входы	Х4	Х5	Х6
Uвых, В
КИ

5.1.10. По полученным результатам рассчитать коэффициент усиления по напряжению для каждого случая и сделать вывод о соотношении сопротивлений на входе и их влияние на усилительные свойства ОУ.

5.2. Изучение влияния обратной связи на усилительные свойства ОУ.

5.2.1. Выход звукового генератора « ~ » подключить к клемме Х4.

5.2.2. Переключая тумблеры S2 и S3 из исходного положения в верхнее в различных комбинациях, измерить величину выходного сигнала для каждого случая. Одновременно наблюдать изменение формы сигнала на экране осциллографа. Результаты измерений занести в таблицу 5.2.

Таблица 5.2.

Положение переключателя	S2нижн. S3нижн.	S2верхн. S3нижн.	S2верхн. S3верхн.
Uвых, В
Ки

5.2.3. По полученным результатам рассчитать коэффициент усиления по напряжению и сделать вывод о влиянии параметров обратной связи на коэффициент усиления.

5.3. Снять частотную характеристику ОУ.

5.3.1. Соединить выход ГНЧ со входом «Х4» операционного усилителя. Мультиметр нажатием кнопки «F» перевести в режим частотомера и установить предел измерения 10 кГц. К выходному гнезду ОУ «Х10» подключить вход осциллографа с целью измерения амплитуды выходного сигнала.

5.3.2. Изменяя частоту генератора низкой частоты ступенчато кнопками и плавно ручками установить последовательно частоты от 0,02 кГц до 20 кГц в соответствии с таблицей 5.3., измеряя ее частотомером мультиметра. Измерить осциллографом амплитуду выходного сигнала, одновременно наблюдая его форму на экране. Измерения производить для ОУ с обратной связью ОС и без нее (S2 и S3 в верхнем положении) и с обратной связью через R7 (S2 в нижнем положении) и с обратной связью через R7 и R9 (S2 и S3 в нижнем положении). Результаты измерений занести в таблицу 5.3 и построить по ним график.

Таблица 5.3.

	F, кГц	0,02	0,01	0,2	0,5	1,0	2,0	5,0	10,0	15,0	20,0
ООС без R7, R9	Uвых
ООС R7	Uвых
ООС R7, R9	Uвых

6. Порядок выполнения задания № 2.

Исследование инвертирующего усилителя проводится в полном соответствии с пп. 5.1.5. –5.2.5. за исключением того, что:

- тумблер S1 ставится в нижнее положение;

- напряжение со звукового генератора подается на клеммы: «~» - Х1 (Х2), « » - Х3.

После проведения всех исследований проследить по осциллографу за изменением выходного сигнала при вращении ручки потенциометра Р8 (в случае разбаланса).

7. Для выполнения задания № 3, необходимо, используя лекционный материал нарисовать возможные варианты соединений на макете.

8. Содержание отчета.

8.1. Наименование лабораторной работы.

8.2. Цель работы.

8.3. Перечень приборов и оборудования.

8.4. Исследуемая схема.

8.5. Результаты исследований.

8.5.1. Таблицы 5.1., 5.2., 5.3., 5.4.

8.5.2. Расчеты: коэффициент усиления по напряжению.

8.5.3. Выводы и объяснения по результатам измерений.

8.6. Ответы на контрольные вопросы.

9. Контрольные вопросы.

9.1. Каковы особенности УПТ в интегральном исполнении ?

9.2. Какой усилитель называется инвертирующим ?

9.3. Как влияет обратная связь на коэффициент усиления ?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6 (БЛОК № 6)