3. Теория метода и описание лабораторной установки

В основе лабораторных работ №1 и №2 лежит исследование частотных характеристик усилительных каскадов. Снятие этих характеристик производится на установке, блок-схема которой приведена на рис.6.

Рис.6.

При снятии частотных характеристик необходимо поддерживать амплитуду входного напряжения так, чтобы усилитель работал в линейном режиме (контролировать по отсутствию заметных искажений гармонического сигнала на выходе усилителя по осциллограмме). По результатам измерений строятся нормированные частотные характеристики:

;

По оси частот рекомендуется использовать логарифмический масштаб. Точки характеристики, соответствующие частотам f_min и f_max, на которых К(f)=0,707К_max снимать обязательно.

Амплитудную характеристику снимать на средней частоте полосы пропускания, увеличивая амплитуду входного сигнала до появления заметных ограничений сигнала на выходе усилителя.

4. Порядок выполнения работы

В работе исследуется схема усилителя на биполярном транзисторе, включенном по схеме с ОЭ. Для этого выход генератора подключается ко входу макета. Переключатель S2 включается в положение I. С помощью переключателей S3 и S4 включить эмиттерные емкости, шунтирующие эмиттерные сопротивления.

5. Задание на лабораторную работу

5.1. Соберите схему установки в соответствии с рис.6 и включите приборы.

5.2. Снимите амплитудную частотную характеристику усилителя для двух значений разделительной емкости и при 2-х различных R_н.

5.3. Определите полосу пропускания и частоту f₀ квазирезонанса усилителя.

5.4. На частоте f₀ снимите амплитудную частотную характеристику.

5.5. Постройте характеристики и определите динамический диапазон усилителя.

6. Содержание отчета о работе.

Отчет должен содержать схему RC-усилителя и его основные характеристики, результаты измерений и проделанных расчетов, выводы, объясняющие теоретические и экспериментальные данные.

7. Контрольные вопросы

7.1 Что такое входные и выходные характеристики транзистора?

7.2. Что такое нагрузочная прямая, условия ее построения и выбора рабочей точки?

7.3. Каким образом обеспечивается режим работы каскада по постоянному току, и как определяются параметры элементов? Схемы?

7.4. Каково назначение элементов схемы?

5. Каким образом строится эквивалентная схема каскада по переменному току?

6. Каково влияние элементов схемы на частотную характеристику усилителя?

Лабораторная работа №2 исследование обратных связей в электронных усилителях

1. Цель работы

В работе экспериментально исследуется влияние трех видов отрицательных обратных связей на амплитудные и частотные характеристики транзисторных усилителей.

2. Основные теоретические положения

Обратной связью называют воздействие части энергии выходного сигнала на его вход.

Связи могут быть как положительными, так и отрицательными. Связь, при которой полярность входного сигнала противоположна полярности сигнала, поступающего по цепи обратной связи, называется отрицательной.

Пассивная электрическая цепь, через которую сигнал с выхода усилителя передается на его вход, называется цепью обратной связи. Усилитель вместе с цепью обратной связи образуют замкнутый контур (рис.1), именуемый петлей обратной связи.

При анализе влияния обратных связей на характеристики усилителей приняты следующие обозначения:

U , U , U ,

где U - напряжение на выходе усилителя;

U - напряжение на входе усилителя (без учета обратной связи);

U - напряжение источника сигналов (генератора);

U - напряжение, подаваемое на вход усилителя из цепи обратной связи (на выходе цепи О.С.);

K - коэффициент передачи усилителя без учета О.С.;

K - коэффициент передачи усилителя с О.С.;

- коэффициент передачи цепи О.С.

Напряжение на выходе усилителя с обратной связью равняется (рис.2)

,

откуда ,

т.е. коэффициент усиления с О.С. изменяется в раз по сравнению с усилителем без О.С.

Величину называют глубиной О.С. Если связь отрицательная, то и общий коэффициент усиления уменьшается.

П о способу присоединения цепи обратной связи к входу усилителя различают последовательную и параллельную обратные связи, а по способу подключения цепи обратной связи к выходу усилителя различают связь по току или по напряжению.

Э квивалентные схемы этих вариантов и схемы их реализации приведены на рис.3.

На рис.3,а изображена схема усилителя с последовательной отрицательной обратной связью по напряжению. Действительно, выходное напряжение, снимаемое с R_э одновременно, является напряжением обратной связи , так как .

Так как напряжение обратной связи вычитается из напряжения источника сигнала, уменьшая его, то связь отрицательная, а так как это напряжение включено последовательно с напряжением источника сигнала , то связь последовательная.

На рис.3,б изображена схема усилителя с последовательной отрицательной обратной связью по току. То, что связь отрицательная и последовательная, легко заметить, сравнивая эту схему с предыдущей. Эта связь по току, потому что напряжение обратной связи на Rэ - создается током эмиттера I_э≈ I_к, а этот ток прямо связан с выходным напряжением, так как

На рис.3,в изображена схема усилителя с параллельной отрицательной обратной связью по напряжению. Действительно, выходное напряжение и входное напряжение определяют ток обратной связи через R_св .

Следовательно, обратная связь отрицательная.

На рис.3,г изображена схема усилителя с параллельной отрицательной обратной связью по току. В этой схеме ток входной (базовый), управляющий работой транзистора равен .

Следовательно, связь отрицательная (уменьшается входной ток) и по току (выходной ток определяет величину обратной связи).

Введение отрицательной обратной связи в усилитель приводит:

1) К расширению его полосы пропускания на величину глубины обратной связи:

В области высших частот:

А) коэффициент передачи , где

Б) верхняя граничная частота .

В области нижних частот:

А) коэффициент передачи , где ,

Б) нижняя граничная частота .

2). К увеличению стабильности коэффициента усиления.

3). К изменению входного и выходного сопротивлений усиления.

При последовательной обратной связи напряжение генератора сигналов приложено к последовательно соединенным входному сопротивлению усилителя и выходному сопротивлению цепи обратной связи, по которым протекает общий входной ток.

Следовательно, последовательная обратная связь увеличивает входное сопротивление:

R_вх.ос= (1+βК)R_вх.

При введении параллельной обратной связи напряжение генератора приложено к параллельно соединенным входному сопротивлению усилителя и выходному сопротивлению цепи обратной связи.

Входное сопротивление при этом виде связи уменьшается:

R _вх.ос=R_вх/(1+βК).

Аналогичным образом влияет введение отрицательной обратной связи на выходное сопротивление усилителя. Связь по напряжению уменьшает выходное сопротивление на величину глубины обратной связи, а обратная связь по току увеличивает выходное сопротивление на эту же величину.