лабы / лаба_4_4 / лаба_4_схм

Министерство цифрового развития, связи и массовых коммуникаций Российской Федерации

                  

Ордена Трудового Красного Знамени федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

Московский технический университет связи и информатики

__________________________________________________________________

Кафедра «РОС»

Лабораторная работа №4 по дисциплине Схемотехника

«Изучение усилителя мощности и его характеристик»

Бригада № 2

     

Выполнили
Студенты группы БИК2205:	_______________________
Проверил
Ассистент кафедры РОС:	_______________________	Максимов А.А.

Москва 2024

1. Цель работы

Изучение усилителя мощности и его характеристик

2. Принципиальная схема

Используемый транзисторы:

2T315E – используемый NPN транзистор;

2T214G – используемый PNP транзистор.

Рисунок 1 – Схема дифференциального усилителя

Проверка режимов работы транзисторов по постоянному току и их состояние:

Рисунок 2 – Проверка Dynamic DC

3. Выполнение работы. Часть 1

Сравним напряжения на обоих выходах схемы.

Рисунок 3 – Напряжение на выходах схемы

Выход v(21) (сред. график) является неинвертирующим, а v(20)(нижн. график) – инвертирующим.

Рисунок 4 – АЧХ дифференциального усилителя

Исследуем влияние выходного тока источника тока на коэффициент усиления. Изменяем ток за счет изменения номинала резистора R₄.

Рисунок 5 – Влияние выходного источника тока тока на коэффициент усиления.

Исследуем влияние сопротивления коллекторных резисторов на коэффициент усиления.

Рисунок 6 – влияние сопротивления коллекторных резисторов на коэффициент усиления.

Измерим амплитуды входного и выходных сигналов.

Рисунок 7 – Синфазное напряжение на выходах схемы

Вычислим значения коэффициента ослабления синфазного сигнала

1. Выводы

Принципиальная схема для данной части лабораторной работы была смоделирована корректно, так как токи коллекторов транзисторов дифференциального каскада равны половине тока коллектора транзистора источника тока, и транзисторы работают в активном режиме.

При анализе напряжений на выходах дифференциального каскада было выявлено, что сигналы на выходах одинаковы по амплитуде, но находятся в противофазе, так как каскад работает в несимметричном режиме по входу: напряжение даётся на один из транзисторов, а другой вход заземлён.

АЧХ на обоих выходах дифференциального каскада примерно одинаковые, что обусловлено работой дифференциального усилителя.

Исследуя влияние выходного тока источника тока на коэффициент усиления, можно судить о прямой зависимости коэффициента усиления дифференциального каскада от выходного тока, так как при увеличении выходного тока увеличивается и выходное напряжение, что приводит к возросшему коэффициенту усиления.

Сопротивления коллекторных резисторов напрямую влияют на коэффициент усиления дифференциального каскада. Это вызвано тем, что, увеличивая коллекторные сопротивления, мы увеличиваем выходное напряжение.

Ослабление выходного сигнала дифференциального каскада при синфазном входном сигнале связано с тем, что при синфазности входного сигнала коллекторные токи тоже синфазны и, следовательно, по эмиттерному резистору протекает ток, равный удвоенному эмиттерному току одного плеча. В результате образуется напряжение отрицательной обратной связи, которая уменьшает коэффициент усиления.

4. Выполнение работы. Часть 2

Используемые транзисторы для Q₄ и Q₇ – КТ817В и КТ816В

Другие используемые транзисторы:

2T315E – используемые NPN транзисторы;

2T203D – используемые PNP транзисторы.

Рисунок 8 – Принципиальная схема усилителя мощности

Схема усилителя была отлажена:

1. Все 4-е транзистора выходного каскада находятся в линейном режиме;

2. Ток коллектора транзистора мВ в 5 раз меньше тока резистора мА;

3. Напряжение на выходе схемы по постоянному току мВ.

Рисунок 9 – Отлаженная схема усилителя

Напряжение на выходе схемы:

Рисунок 10 – Спектр выходного сигнала

Измерим коэффициент гармоник:

Рисунок 11 – АЧХ усилителя мощности

Рисунок 12 – АЧХ усилителя при изменении C1

Рисунок 13 – Влияние C1 на частоту среза

При подборе конденсатора C₁ согласно ряду Е24 не удалось достичь значения f_в=20 кГц. Максимальное значение f_в=7.337 кГц было получено при C₁=1 пкФ, выбранного в соответствии с рядом Е24.

Переведем каскад из режима AB в режим B, замкнув диоды

Рисунок 14 – Принципиальная схема с замкнутыми диодами

Измерим напряжение на выходе схемы:

Рисунок 15 – Напряжение на входе и выходе схемы

Рисунок 16 – Спектр выходного сигнала

Измерим коэффициент гармоник:

Рисунок 17 – АЧХ усилителя мощности

Рисунок 18 – АЧХ при изменении С1

Рисунок 19 – Влияние С1 на частоту среза

1. Таблица результатов

Режим
AB
B

2. Выводы

Перед началом исследования схемы, выходной каскад был отлажен. Увеличив значение резистора R7 было достигнуто уменьшение выходного напряжение до околонулевых значений. Все транзисторы в линейном режиме, ток коллектора Q5 в 5 раз меньше тока резистора R10. При проверке выходного напряжения схемы не было замечено видимой отсечки сигнала.

При исследовании зависимости частоты среза от ёмкости конденсатора C1 в обоих режимах было выявлено, что при уменьшении ёмкости частота среза увеличивается. Это происходит потому, что для хорошего прохождения сигнала через конденсатор его реактивное сопротивление должно быть маленьким, тогда на нем будет теряться меньшая часть входного сигнала.

Замыкание диодов D3 D4 приводит к переводу режима усилителя мощности из "AB" в "B". Изменения в выходном сигнале связано с тем, что переключение комплементарных транзисторах в двухтактном каскаде занимает некоторое время, что приводит к задержке выходного сигнала между полупериодами.

Коэффициент усиления сигнала в режиме "B" увеличился, так как в режиме "AB" пропускается часть отрицательной полуволны и часть положительной и часть отрицательной полуволной идёт вместе с положительной, ослабляя оную. В то время, как в режиме "B" на выход подаётся только одна из полуволн с полной амплитудой.

Уменьшение полосы пропускания в режиме "B" вызвано тем, что при замыкании диодов D3 и D4 суммарная ёмкость выходного каскада уменьшилась.