Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего профессионального образования
«Тульский государственный университет»
Институт высокоточных систем им. В.П.Грязева
Кафедра радиоэлектроники
|
|
|
|
Сборник методических указаний
К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ
по дисциплине
СХЕМОТЕХНИКА АНАЛОГОВЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ
Направление подготовки: 210601 Радиоэлектронные системы и комплексы
Квалификация выпускника: специалист
Форма обучения: очная
Тула 2012 г.
Методические указания к лабораторным работам составлены к.т.н. асс. каф, Гублиным А.С и обсуждены на заседании кафедры радиоэлектроники факультета САУ
протокол № 8 от "18" января 2012 г.
Зав. кафедрой________________Н.А. Зайцев
Методические указания к лабораторным работам пересмотрены и утверждены на заседании кафедры радиоэлектроники факультета САУ
протокол №___ от "___"____________ 20___ г.
Зав. кафедрой________________
Содержание
1 |
Исследование резисторного усилительного каскада |
4 |
2 |
Исследование резисторного усилительного каскада с коррекцией |
18 |
3 |
Исследование повторителей напряжения |
30 |
4 |
Исследование усилителей мощности звуковой частоты |
40 |
5 |
Исследование дифференциального усилительного каскада |
54 |
6 |
Исследование каскада на операционном усилителе |
68 |
7 |
Исследование активных фильтров |
83 |
8 |
Исследование интегральных компараторов напряжения |
99 |
|
Библиографический список |
109 |
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 1
Исследование резисторного усилительного каскада (2 часа)
1 Цель работы
- изучение физических и математических моделей резисторного усилительного каскада в диапазоне частот.
- приобретение навыков экспериментального исследования усилительных свойств, частотных (ЧХ), фазовых (ФХ) и переходных характеристик (ПХ) и проектирования схем резисторных усилительных каскадов по заданным характеристикам.
2 Краткая теоретическая справка
Резисторным усилительным каскадом называют устройство, содержащее транзистор (активный элемент) с резисторной нагрузкой в цепи коллектора и вспомогательные пассивные элементы.
Малый уровень усиливаемых гармонических и импульсных сигналов позволяет представить резисторный каскад в виде линейного активного четырехполюсника с двумя выходными зажимами. Усилительные свойства каскада и вид его ЧХ, ФХ, ПХ определяются электрической схемой каскада (рис.1).
Рис.1. Электрическая схема резисторного УК на биполярном транзисторе с ОЭ
-
активная и емкостная составляющие
сопротивления нагрузки;
- резистор
коллекторной нагрузки;
- конденсатор
связи с нагрузкой (в дальнейшем
);
- цепь автоматического
смещения и стабилизации тока коллектора;
- цепь развязывающего
фильтра в цепи коллектора;
- конденсатор
связи с источником сигнала.
Полагая, что во
всем диапазоне усиливаемых частот
сопротивление конденсаторов мало (
)
и крутизна
коллекторного тока транзистора слабо
зависит от частоты, приходим к упрощенной
эквивалентной схеме каскада для
переменного тока (рис.2).
Рис.2. Эквивалентная схема УК
-
входная проводимость и емкость УК;
-
выходная проводимость и емкость УК;
- проводимость
коллекторной нагрузки;
- проводимость и
емкость нагрузки УК;
- емкость монтажа
5
10
пФ;
- крутизна тока
коллектора транзистора.
Для гармонических входных сигналов рассмотрим ЧХ каскада раздельно для области средних (СЧ), нижних (НЧ) и верхних частот (ВЧ), а для импульсных сигналов рассмотрим раздельно ПХ для области малых и больших значений времени [1 – 3].
2.1. Коэффициент
усиления каскада (без ООС
)
в области средних частот, где сопротивления
реактивных элементов не учитываются.
(1)
где
- эквивалентная проводимость коллекторной
нагрузки
переменному току;
- сопротивление
коллекторной нагрузки переменному
току.
2.2. Уравнение
нормированной ЧХ в области нижних
частот, где сопротивление полной емкости
нагрузки значительно больше сопротивления
емкости
.
(2)
где
- нормированная частота;
-
постоянная времени УК в области НЧ.
Нижняя
граничная частота
определяется при
.
- эквивалентная
нагрузки УК в области НЧ.
2.3. Фазовая характеристика УК в области нижних частот.
(3)
2.4. Уравнение
нормированной ЧХ в области верхних
частот, где сопротивление
значительно меньше сопротивления
.
(4)
где
- нормированная частота;
- постоянная времени
УК в области ВЧ.
Верхняя
граничная частота определяется при
.
2.5. Фазовая характеристика в области верхних частот.
(5)
2.6. Уравнение нормированной ПХ в области малых значений времени.
(6)
где
- нормированное время.
Время
установления
переднего фронта импульса на выходе УК
определяется из соотношения:
Время
задержки
переднего фронта импульса определяется
по выражению:
2.7. Уравнение нормированной ПХ в области больших значений времени.
(7)
где
- нормированное время.
Скол
вершины импульса при
находится из выражения:
где
- длительность входного импульса.
2.8. Коэффициент
усиления каскада (при наличии ООС
)
в области средних частот.
(8)
где
- глубина ООС через резистор
;
- крутизна эмиттерного тока транзистора.
2.9. Уравнение
нормированной ЧХ из-за влияния цепочки
.
(9)
где
- нормированная частота;
- постоянная времени
цепочки
.
По
заданным частотным искажениям
из (9) определяется емкость
.
2.10. Фазовая характеристика УК из-за влияния цепочки .
(10)
2.11. Уравнение ПХ каскада из-за влияния цепочки .
(11)
где
- нормированное время.
Скол
вершины импульса из-за влияния
находится из выражения:
где - длительность входного импульса.
2.12. Уравнение ЧХ
в области НЧ каскада с учетом влияния
развязывающего НЧ фильтра
.
(12)
где
- коэффициент НЧ коррекции;
- постоянная времени
цепи
;
- глубина НЧ
коррекции.
2.13. Фазовая характеристика в области НЧ каскада с учетом влияния развязывающего НЧ фильтра .
(13)
2.14. Уравнение ПХ каскада в области больших значений времени с учетом влияния НЧ фильтра .
(14)
Скол
или подъем вершины импульса (
)
за счет цепей
и
при
находится из соотношения:
2.15. Уравнение
нормированной ЧХ каскада в области НЧ
с ООС через резистор
.
(15)
где - глубина ООС;
- нижняя граничная
частота УК.
2.16. Уравнение ФХ каскада в области НЧ с ООС через резистор .
(16)
2.17. Уравнение нормированной ЧХ каскада в области ВЧ с ООС через резистор .
(17)
где
- верхняя граничная частота.
2.18. Уравнение ФХ каскада в области ВЧ с ООС через резистор .
(18)
2.19. Уравнение ПХ в области больших времен с ООС через резистор .
(19)
Скол вершины импульса находится по формуле:
2.20. Уравнение ПХ каскада в области малых времен с ООС через резистор .
(20)
Время установления фронта импульса:
Время
задержки импульса
.
Описание лабораторного стенда
Конструктивно стенд выполнен в виде коробчатого блока с автономным питанием от сети ~ 220 В, 50 Гц.
На лицевой панели установлен выключатель SA напряжения EК = +12 В коллекторного питания и индикатор HL световой сигнализации. Лабораторный макет исследуемого УК собран на печатной плате с гнездами XS для коммутации с помощью перемычек, радиоэлементов электрической схемы рис.3. Гнезда, соединенные с корпусом, не имеют кодовых обозначений.
Рис.3. Лабораторный макет. Схема принципиальная электрическая.
А – согласующее
устройство с
Ом
и коэффициентом передачи 0, 1.
VT – 2T312B |
резисторы |
конденсаторы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
мА/В;
кОм;
мкФ;
мА/В;
кОм;
мкФ;
См;
кОм;
мкФ;
пФ;
кОм;
мкФ;
МГц.
Ом;
мкФ;
кОм;
пФ;
Ом.
пФ;
мкФ;
мкФ;