- •В.А.Галочкин Учебное пособие
- •Курсовой проект «Компьютерное моделирование влияния отрицательной обратной связи на показатели резистивного усилителя»
- •1. Постановка задачи
- •2. Краткие теоретические сведения об обратных связях в усилительных устройствах
- •3. Принципиальная схема для исследования с использованием компьютерного моделирования
- •4. Исходные данные; варианты заданий для выполнения курсового проекта; требования к проекту.
- •5. Методические указания по выполнению
- •5.1. Расчет показателей усилителя без оос.
- •5.2. Расчет показателей усилителя с частотно-независимой последовательной отрицательной обратной связью по току.
- •6. Методические указания по выполнению экспериментального исследования влияния отрицательной обратной связи на показатели резистивного усилителя с использованием компьютерного моделирования.
- •Режим работы усилителя без оос (рис. 6.1):
- •1.2. Режим работы усилителя с параллельной отрицательной обратной связью по напряжению (рис. 6.1):
- •1.3. Режим работы усилителя с частотно-независимой последовательной отрицательной обратной связью по току (рис. 6.1):
- •1.4. Режим работы усилителя с комбинированной по входу и выходу отрицательной обратной связью (рис. 6.1):
- •7. Контрольный пример по теоретическому и экспериментальному исследованию влияния отрицательной обратной связи на показатели резистивного усилителя с использованием компьютерного моделирования
- •7.1. Принципиальная схема для исследования с использованием компьютерного моделирования приведена на (рис. 7.1):
- •7.2. Расчет показателей усилителя без оос
- •7.3. Расчет показателей усилителя с частотно-независимой последовательной отрицательной обратной связью по току (рис. 7.1):
- •7.4. Экспериментальная часть примера
- •Ачх усилителя без оос (табл. 7-3):
- •2.2. Ачх усилителя с частотно-независимой последовательной оос по току (табл. 7-4):
- •Ачх усилителя с частотно-зависимой последовательной оос по току (табл. 7-5):
- •Рекомендуемая литература
- •Требования к оформлению пояснительной записки
- •Приложение 1. Данные для построения логарифмической шкалы при исследовании ачх усилителя:
1.3. Режим работы усилителя с частотно-независимой последовательной отрицательной обратной связью по току (рис. 6.1):
- ключом «С» отключить конденсатор 500 nF;
- ключи «A» «В» и «D» установить в разомкнутом положении.
- подключить в исследуемой схеме (см. рис. 6.1) ключом «N» сопротивление нагрузки Rн;
- ключом «Р» установить напряжение питания +30 В;
- установить частоту генератора f = 3 кГц.
- установить напряжение источника сигнала (рис. 6.2) такой величины, чтобы сигнал на выходе (рис. 6.3) был неискаженным (Ег =1-10 мВ);
- замерить входное напряжение Uвх;
- замерить выходное напряжение Uвых.
Занести значения Ег, Uвх; Uвых, в табл. 6-1
1.4. Режим работы усилителя с комбинированной по входу и выходу отрицательной обратной связью (рис. 6.1):
- ключом «D» подключить резистор 1,9 кОм;
- ключом «С» отключить конденсатор 500 nF;
- ключи «A» и «В» установить в разомкнутом положении.
- подключить в исследуемой схеме (см. рис. 6.1) ключом «N» сопротивление нагрузки Rн;
- ключом «Р» установить напряжение питания +30В;
- установить частоту генератора f = 3 кГц.
- установить напряжение источника сигнала (рис. 6.2) такой величины, чтобы сигнал на выходе (рис. 6.3) был неискаженным (Ег =1-10 мВ);
- замерить входное напряжение Uвх;
- замерить выходное напряжение Uвых.
Занести значения Ег, Uвх; Uвых, в табл. 6-1
Табл. 6-1
|
Без ООС |
Параллель- ная ООС по напряжению |
Последователь- ная ООС по току |
Комбинирован- ная по входу и выходу ООС |
Eг, мВ
|
|
|
|
|
Uвх, мВ
|
|
|
|
|
Uвых, мВ
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Расчетное значение Ке |
Ке = |
|
Ке = |
|
1.5. Режим работы усилителя без ООС и с последовательной ООС по току при напряжении питания усилителя +6 В
1.5.1. Усилитель с ООС:
- ключом «С» отключить конденсатор 500 nF;
- ключи «A» «В» и «D» установить в разомкнутом положении.
- подключить в исследуемой схеме (см. рис. 6.1) ключом «N» сопротивление нагрузки Rн;
- ключом «Р» установить напряжение питания +6 В;
- установить частоту генератора f = 3 кГц.
- установить напряжение источника сигнала (рис. 6.2) такой величины, чтобы сигнал на выходе (рис. 6.3) был неискаженным (Ег =1-10 мВ);
- замерить выходное напряжение Uвых.
1.5.2. Повторить измерения по п. 1.1 (усилитель без обратной связи) с Еп = 6 В.
Занести значения Ег, Uвых, в табл. 6-2.
Сформировать по данным п. 1.1, п. 1.3 (напряжение питания +30 В) и данным п. 1.5 (напряжение питания +6 В) таблицу 6-2 и рассчитать относительную нестабильность q сквозного коэффициента усиления Ке при отсутствии ООС и при наличии ООС:
Табл. 6-2
|
Еп = +30В |
Еп = +6 В |
|||
без ООС |
с ООС |
без ООС |
с ООС |
||
Еr
|
мВ |
|
|
|
|
Uвых.
|
мВ |
|
|
|
|
Ке=Uвых/Еr
|
|
|
|
|
|
,
где Ке1 и Ке2 - сквозные коэффициенты усиления при питании +30 В и +6 В, соответственно.
Сделать выводы по полученным результатам о влиянии ООС на относительную нестабильность коэффициента усиления.
Задание 2. Исследование влияния ООС на амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) усилителя
2.1. Выполнить коммутацию схемы рис. 6.1 по п. 1.1 (усилитель без ООС);
- снять АЧХ усилителя и результаты измерений занести в табл. 6-3
Табл.6-3
Частота, МГц |
… |
fнгр= |
… |
|
… |
|
fср= 3кГц |
|
… |
|
… |
fвгр= |
… |
Uвых, мВ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
К= Uвых/Eг |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Y=K/K0 |
|
0,707 |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
0,707 |
|
2.2. Выполнить коммутацию схемы рис. 1 по п. 1.3 (усилитель с частотно-независимой последовательной ООС по току);
- снять АЧХ усилителя и результаты измерений занести в табл. 6-4.
Табл.6-4
Частота, МГц |
… |
fнгр= |
… |
|
… |
|
fср= 3кГц |
|
… |
|
… |
fвгр= |
… |
Uвых, мВ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
К= Uвых/Eг |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Y=K/K0 |
|
0,707 |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
0,707 |
|
2.3. Скоммутировать в схеме рис. 6.1 частотно-зависимую ООС (последовательную, по току), для чего:
- ключом «С» отключить конденсатор 500 nF;
- ключом «А» подключить конденсатор 2 nF;
- ключи «D» и «В» установить в разомкнутом положении.
- снять АЧХ усилителя и результаты измерений занести в табл.6-5
Табл.6-5
Частота, МГц |
… |
fнгр= |
|
… |
|
… |
fср= 3кГц |
|
… |
|
… |
fвгр= |
… |
Uвых, мВ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
К= Uвых/Eг |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Y=K/K0 |
|
0,707 |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
0,707 |
|
Примечания:
1. Шкала частот – логарифмическая (см. приложение):
2. За среднюю частоту принять f = 3 кГц;
Обработка результатов эксперимента:
1. Построить все три АЧХ для сравнения на одном графике;
2. На графиках показать граничные частоты (верхние и нижние);
3. Привести расчетные значения верхних граничных частот:
- для схемы без ООС fвгр =
- для схемы с ООС fвгр =
и сравнить их значения, с полученными экспериментальным путем.
4. Отметить на графике с частотно-зависимой ООС частоту коррекции АЧХ.
5. Сделать выводы о влиянии ООС на полосу пропускания усилителя и возможности коррекции АЧХ.
Задание 3. Исследование влияния ООС на входное сопротивление усилителя
По данным табл. 6-1 выполнить расчет входного сопротивления усилителя при отсутствии ООС и при различных способах подачи ООС во входную цепь; для данного усилителя принято Rг = 1,0 кОм.
Результаты расчетов свести в табл. 6-6:
Табл. 6-6
-
без ООС
посл. по входу ООС
пар. по входу ООС
комбинир. по входу ООС
Uвх, мВ
Ег, мВ
Rвх, Ом
(эксперим.)
Расчетное значение
Rвх, Ом
Задание 4. Исследование влияния ООС на выходное сопротивление усилителя
Провести дополнительные измерения и выполнить расчет выходного сопротивления усилителя при отсутствии ООС и при различных способах формирования напряжения ООС в выходной цепи.
4.1. Выполнить коммутацию схемы рис. 6.1 по п. 1.1 (усилитель без ООС);
- измерить Uвых. при подключенной нагрузке Rн;
- измерить Uвых. при отключенной нагрузке Rн;
4.2. Выполнить коммутацию схемы рис. 6.1 по п. 1.2 (усилитель с параллельной ООС по напряжению);
- измерить Uвых. при подключенной нагрузке Rн;
- измерить Uвых. при отключенной нагрузке Rн;
4.3. Выполнить коммутацию схемы рис. 6.1 по п. 1.3 (усилитель с последовательной ООС по току);
- измерить Uвых. при подключенной нагрузке Rн = 360 Ом;
- измерить Uвых. при отключенной нагрузке Rн = 360 Ом;
4.4. Выполнить коммутацию схемы рис. 6.1 по п. 1.4 (усилитель с комбинированной по входу и выходу ООС);
- измерить Uвых. при подключенной нагрузке Rн = 360 Ом;
- измерить Uвых. при отключенной нагрузке Rн = 360 Ом;
Выходное сопротивление усилителя определяется:
,
где
-
напряжение на выходе усилителя без
нагрузки;
Uвых - напряжение на выходе усилителя с подключенной нагрузкой.
Результаты расчетов свести в табл. 6-7:
Табл. 6-7
-
без ООС
ООС по току (вых)
ООС по напр.
(вых)
комб. по вых. ООС
,мВ
Uвых, мВ
Rвых, Ом
(эксперим.)
Расчетное значение Rвых, Ом
По результатам исследования (табл. 6-6 и 6-7) сделать выводы о влиянии видов ООС на входное и выходное сопротивление усилителя.
