3-Лабораторная_Схемотехника аналоговых устройств

19

Министерство образования Российской Федерации

Томский межвузовский центр дистанционного образования

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)

Кафедра радиоэлектроники и защиты информации (РЗИ)

КАСКАДЫ С РАЗЛИЧНЫМИ СХЕМАМИ ВКЛЮЧЕНИЯ УСИЛИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Лабораторная работа № 3

по дисциплине «Схемотехника аналоговых электронных устройств»

(Учебное пособие «Аналоговые электронные устройства»,

автор Красько А.С., 2000г.)

Выполнил:

студент ТМЦДО

.

2005г

Содержание

Цель работы .…………………………………………………………..3

1 Характеристики каскада с ОЭ ………………………….……………3

2 Характеристики каскада с ОБ.……………………………………….8

3 Характеристики каскада с ОК ………………………………………13

Цель работы: сравнительное исследование характеристик резисторного каскада на биполярном транзисторе с различными схемами его включения.

1. Характеристики каскада с ОЭ.

С хема исследуемого каскада приведена на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 – Каскад с ОЭ

Для проведения эксперимента создаем виртуальный лабораторный макет, показанный на рисунке 1.2.

Рисунок 1.2 Схема лабораторного макета каскада с ОЭ

И сходные установки приборов показаны на рисунке 1.3.

Рисунок 1.3 Начальные установки приборов

П одадим на вход каскада гармонический сигнал. Измерим R_вх и R_вых каскада с ОЭ. Для измерения R_вх источник входного сигнала Е подключим ко входу каскада через резистор R_г (рисунок 1.4).

Рисунок 1.4 – Измерение входного сопротивления каскада

Измерим U_вх1 при R_г1 =10 Ом и U_вх2 при R_г2 =1 кОм при неизменном Е.

R_вх вычислим по формуле:

.

Результаты помещены в таблицу 1.1.

Таблица 1.1 Данные расчета R_ВХ

ЕГ, мВ	RГ, Ом	UВХ, мВ	RВХ, Ом
10	10	9,73	380
	1000	2,75

Для определения R_вых проведем измерение U_вых при двух значениях R_н, т.е. U_вых1 при R_н1=200 Ом и U_вых2 при R_н2=2 кОм, и далее вычислим R_вых по формуле:

.

Результаты помещены в таблицу 1.2.

Таблица 1.2 Данные расчета R_ВЫХ

ЕГ, мВ	RН, Ом	UВЫХ, В	RВЫХ, Ом
10	200	0,294	168,8
	2000	0,500

Снимем АЧХ (рисунок 1.5) при исходных номиналах элементов, указанных на рисунке 1.2.

Рисунок 1.5 – Измерение АЧХ каскада

Результаты измерений К₀, f_н и f_в помещены в таблицу 1.3.

Таблица 1.3 Результаты эксперимента

К0, дБ	fн, Гц	fв, мГц
35,8	463	8,07

Выводы по данному пункту работы.

В результате эксперимента было определено, что каскад с ОЭ осуществляет инверсию фазы входного сигнала на . При подаче на вход положительной полуволны синусоидального сигнала будет возрастать ток базы, а, следовательно, и ток коллектора. В результате напряжение на возрастет, а напряжение на коллекторе уменьшится, т.е. произойдет формирование отрицательной полуволны выходного напряжения.

Для данного каскада

,

где .

Или в логарифмических единицах

.

Входная и выходная проводимости

,

где ;

.

Подставив справочные данные транзистора и номиналы элементов схемы в вышеприведенные формулы, получим значения, которые с большой точностью повторяют экспериментальные.

2. Характеристики каскада с ОБ.

Схема исследуемого каскада приведена на рисунке 2.1.

Р исунок 2.1 – Каскад с ОБ

Д ля проведения эксперимента создаем виртуальный лабораторный макет, показанный на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2 Схема лабораторного макета каскада с ОБ

И сходные установки приборов показаны на рисунке 2.3.

Рисунок 2.3 Начальные установки приборов

П одадим на вход каскада гармонический сигнал. Измерим R_вх и R_вых каскада с ОБ. Для измерения R_вх источник входного сигнала Е подключим ко входу каскада через резистор R_г (рисунок 2.4).

Рисунок 2.4 – Измерение входного сопротивления каскада

Измерим U_вх1 при R_г1 =10 Ом и U_вх2 при R_г2 =1 кОм при неизменном Е.

R_вх вычислим по формуле:

.

Результаты помещены в таблицу 2.1.

Таблица 2.1 Данные расчета R_ВХ

ЕГ, мВ	RГ, Ом	UВХ, мВ	RВХ, Ом
10	10	1,83	24,7
	1000	0,062

Для определения R_вых проведем измерение U_вых при двух значениях R_н, т.е. U_вых1 при R_н1=200 Ом и U_вых2 при R_н2=2 кОм, и далее вычислим R_вых по формуле:

.

Результаты помещены в таблицу 2.2.

Таблица 2.2 Данные расчета R_ВЫХ

ЕГ, мВ	RН, Ом	UВЫХ, В	RВЫХ, Ом
10	200	0,061	204,8
	2000	0,112

Снимем АЧХ (рисунок 2.5) при исходных номиналах элементов, указанных на рисунке 2.2.

Рисунок 2.5 АЧХ каскада с ОБ

Результаты измерений К₀, f_н и f_в помещены в таблицу 2.3.

Таблица 2.3 Результаты эксперимента

К0, дБ	fн, кГц	fв, мГц
35,7	52,5	8,05

Выводы по данному пункту работы.

В результате эксперимента было определено, что каскад с ОБ не инвертирует входной сигнал. При подаче на эмиттер положительной полуволны синусоидального входного сигнала будет уменьшаться ток эмиттера, а, следовательно, и ток коллектора. В результате падение напряжение на уменьшится, а напряжение на коллекторе увеличится, т.е. произойдет формирование положительной полуволны выходного синусоидального напряжения.

Для данного каскада

,

где .

Или в логарифмических единицах

.

Входная и выходная проводимости

,

где , обычно .

.

Сравнивая результаты и теоретические выкладки для каскада с ОБ и ОЭ можно заметить, что коэффициенты усиления по напряжению и выходные сопротивления этих каскадов сопоставимы, а входные различаются на порядок.

Верхняя граничная частота для обоих каскадов одинаковая, а нижняя для каскада с ОБ на два порядка выше, чем у каскада с ОЭ. Т.е. у данного каскада полоса пропускания уже, чем у предыдущего.

Каскад с ОБ называют еще "повторителем тока", т.к. коэффициент передачи по току этого каскада меньше единицы:

.

3. Характеристики каскада с ОК.

Схема исследуемого каскада приведена на рисунке 3.1.

Р исунок 3.1 – Каскад с ОК

Д ля проведения эксперимента создаем виртуальный лабораторный макет, показанный на рисунке 3.2.

Рисунок 3.2 Схема лабораторного макета каскада с ОК

Исходные установки приборов показаны на рисунке 3.3.

Р исунок 3.3 Начальные установки приборов

П одадим на вход каскада гармонический сигнал. Измерим R_вх и R_вых каскада с ОК. Для измерения R_вх источник входного сигнала Е подключим ко входу каскада через резистор R_г (рисунок 3.4).

Рисунок 3.4 – Измерение входного сопротивления каскада

Измерим U_вх1 при R_г1 =10 Ом и U_вх2 при R_г2 =1 кОм.

R_вх вычислим по формуле:

.

Результаты помещены в таблицу 3.1.

Таблица 3.1 Данные расчета R_ВХ

ЕГ, мВ	RГ, Ом	UВХ, мВ	RВХ, Ом
10	10	9,99	2833
	1000	7,41

Для определения R_вых проведем измерение U_вых при двух значениях

R_н, т.е. U_вых1 при R_н1=200 Ом и U_вых2 при R_н2=2 кОм, и далее вычислим

R_вых по формуле:

.

Результаты помещены в таблицу 3.2.

Таблица 3.2 Данные расчета R_ВЫХ

ЕГ, мВ	RН, Ом	UВЫХ, мВ	RВЫХ, Ом
10	200	9,65	5,8
	2000	9,9

Снимем АЧХ (рисунок 3.5) при исходных номиналах элементов, указанных на рисунке 3.2.

Рисунок 3.5 АЧХ каскада с ОК

Результаты измерений К₀, f_н и f_в помещены в таблицу 3.3.

Таблица 3.3 Результаты эксперимента

К0, дБ	fн, Гц	fв, мГц
0	100	675

Выводы по данному пункту работы.

В результате эксперимента было определено, что каскад с ОК не инвертирует входной сигнал. При подаче на базу положительной полуволны входного синусоидального сигнала будет увеличиваться ток коллектора и, следовательно, ток эмиттера. В результате падение напряжения на увеличится, т.е. произойдет формирование положительной полуволны выходного напряжения.

Для данного каскада

,

где , - глубина ООС;

,

где - входное сопротивление собственно транзистора,

;

,

где - выходное сопротивление собственно транзистора,

.

Сравнивая результаты и теоретические выкладки для каскада с ОК и предыдущие работы можно заметить, что коэффициент усиления по напряжению каскада с ОК меньше 1, поэтому его называют еще "повторителем напряжения" или "эмиттерным повторителем". Выходное сопротивление каскада низкое (единицы Ом), а входное – высокое (единицы кОм) в отличии от каскадов с ОЭ и ОБ.

Верхняя граничная частота у каскада с ОК значительно выше, а нижняя – ниже, чем у предыдущих каскадов. Т.е. у данного каскада самая широкая полоса пропускания.