Лабораторная работа №3. Исследование прохождения сложных сигналов через линейный апериодический усилитель.

Цель работы: Исследование частотных свойств резистивного усилительного каскада на биполярном транзисторе с ОЭ в линейном режиме и использование частотного метода анализа для объяснения линейных искажений сигнала усилителем при прохождении сложных сигналов.

Оборудование: универсальный макет, источник питания, генератор Г6-46, цифровой вольтметр, осциллограф.

Принципиальная схема универсального макета изображена на рис.3.1.

Рис.3.1.

Макет позволяет на базе каскада с ОЭ собирать схемы с различными видами нагрузки: резистивной (R_к), избирательной в виде контура (L₀, C₀) с частичным включением в коллекторную цепь транзистора, фильтра нижних частот (C_кR_к). Наличие двух независимых входов позволяет использовать каскад при подаче на него двух колебаний, что необходимо при исследовании некоторых процессов нелинейного преобразования частоты. Напряжения питания -Е_к и -Е_б подаются независимо от стабилизированных источников питания (от СЛАУ или специального источника) с общей плюсовой точкой , являющейся общей для схемы.

На макете достаточно гнезд для измерения напряжений на входах, базе и коллекторе транзистора, а также для подключения соответствующих каналов осциллографа.

Параметры элементов макета указаны на его передней панели. Следует их переписать в отчетную тетрадь, а также записать номер макета, т.к. на этом макете будут проводиться все остальные лабораторные работы (№№3-8) данного практикума.

3.1. Предварительная подготовка.

1. Нарисовать принципиальную схему экспериментального апериодического каскада с указанием величин элементов (С₁ или С₂, R_к, Е_к). Согласующий каскад в схеме представляет собой фазоинвертирующий усилитель с более широкой полосой пропускания и коэффициентом усиления, примерно равным 1,

2. Выписать основные параметры и перерисовать в тетрадь ВАХ транзистора, используемого в схеме.

Построить ДПХ в виде U_КЭ(U_БЭ) и I_K(U_БЭ) для сопротивления R_K =200 Ом и Е_К=- 6 В. Определить рабочую точку U_БЭ,А и диапазон амплитуд входного сигнала U_m,_БЭ,_макс для обеспечения линейного режима работы транзистора.

Характеристики и параметры транзистора МП41.

3. Рассчитать коэффициент усиления каскада по напряжению.

4. Рассчитать верхнюю и нижнюю частоты каскада по заданным значениям С₁ и С_Б: , .

5. Построить графики АЧС последовательностей прямоугольных импульсов с частотами повторения 5, 10.0, 100 кГц. Для этих сигналов на входе усилителя нарисовать примерный вид выходного сигнала.

3.2. Задание на эксперимент.

1. На макете тумблер П₁ включить налево к резистору R_к, а тумблер П₂ направо, отключив тем самым емкость С_к от коллектора. Подключить соответствующие провода макета к источникам питания Е_К=- 6 В (неизменяемое напряжение) и Е_Б ( изменяемое напряжение).

2. Снять и построить графики ДПХ в виде U_КЭ(U_БЭ) и I_K(U_БЭ). Выбрать рабочую точку и максимальную амплитуду напряжения на базе транзистора. Определить крутизну S и коэффициент усиления по напряжению как . Сравнить с расчетным, полученным при предварительной подготовке.

3. Установить выбранную рабочую точку. Подать на один из входов каскада гармонический сигнал от генератора Г4-46 с частотой 20…50 кГц. По осциллограммам убедиться в том, что транзистор работает в линейном режиме. Рассчитать коэффициент усиления. Снять и построить график АЧХ каскада. Определить граничные частоты. Сравнить с расчетными. Объяснить различия.

4. Подать на вход усилителя сигнал в виде последовательности прямоугольных импульсов с частотой F_П=500 Гц. Зарисовать осциллограммы входного и выходного сигналов с указанием соответствующих амплитуд. Повторить эксперимент для F_П=5, 100, 500 кГц. Объяснить полученные результаты с помощью частотного метода.

5. Повторить п.2.4 для сигналов в виде последовательности треугольных импульсов.

3.3. Оформить отчет.

Отчет должен содержать схемы экспериментов, значения параметров элементов схемы и сигналов, таблиц для построения графиков, сравнения теоретических и экспериментальных результатов, выводы.

Контрольные вопросы.

1. По каким признакам классифицируют усилители?

2. Представьте схему УНЧ на транзисторе с ОЭ. Объясните назначение основных элементов.

3. От чего зависит вид АЧХ усилителя. Способы расширения полосы пропускания?

4. Как выглядит переходная характеристика УНЧ?

5. Почему «заваливаются» фронты прямоугольных импульсов на выходе УНЧ?

6. Почему спадает «полочка» прямоугольных импульсов на выходе УНЧ?

7. Как определить граничные частоты УНЧ?

8. Какова должна быть связь граничных частот с параметрами усиливаемых прямоугольных импульсов для усиления с минимальными частотными искажениями?

9. Как выбрать режим работы транзистора с минимальными нелинейными искажениями? Как количественно оценить нелинейные искажения усилителя?