Электронная техника. Многоканальные телекоммуникационные системы. Практикум для СПО
.pdf
В случае параллельной ОС:
Z |
|
= |
|
Z |
вх |
Z |
св |
|
|
|
|
|
|
||||
вх.св.пар.отр |
|
|
|
|
|
|
||
|
Z |
|
(1 + К ) + Z |
|
||||
|
|
вх |
св |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
||
.
(6.7)
Выражение (6.7) показывает, что при параллельной отрицательной обратной связи входная цепь усилителя шунтируется уменьшенным в (1 + К) раз сопротивлением обратной связи, что обычно уменьшает входное сопротивление той части устройства, которая охвачена обратной связью.
4. Порядок проведения исследований.
4.1. Исследование влияния отрицательной обратной связи на параметры усилительного устройства.
4.1.1. Исследование влияния последовательной отрицательной обратной связи на параметры усилительного устройства:
1) собрать схему согласно рис. 6.5.
Рис. 6.5. Схема исследования влияния последовательной отрицательной обратной связи на параметры усилительного устройства
В исходном состоянии ООС отключена. Цепь обратной связи создается подключением резистора R = 100 Ом (цепь эмиттера) — ключом 1 (клавиша 1). Режим демонстрации сигнала на выходе источника и на входе усилителя (базе транзистора) обеспечивается ключами 2, 3 (клавиши 2, 3);
2) активизировать осциллограф (двойное нажатие мышки на осциллографе);
41
3)активизировать схему в режиме усиления сигнала без ООС (клавиша
вверхней части экрана);
3)снять показания измерительных приборов (амперметров, вольтметров), занести их в табл. 6.1 (для удобства снятия показаний, дезактивировать схему).
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 6.1 |
|
|
Показания измерительных приборов |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Еист, мВ |
Iвх, мкА |
Uвх, мВ |
Uвых, мВ |
Uос, мВ |
K |
K* |
Rвх, Ом |
|
ОС вкл |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ОС выкл |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Учесть, что K* принимает значения: K* и K*ос, Rвх принимает значения Rвх и Rвх.ос. В случае несимметричного расположения выходного сигнала, наблюдаемого на экране осциллографа, его действующее значение определить согласно (6.8):
U |
|
= |
U |
вых.макс |
+U |
|
вых |
|
|
||||
|
2 |
|
2 |
|||
|
|
|
||||
|
|
|
|
|||
вых.мин
.
(8)
Рассчитать K*ос ,Rвх используя выражения (6.1) и (6.2), значения занести
втабл. 6.1;
4)ввести ОС в схеме усилителя (нажать клавишу 4). Активизировать схему в режиме усиления сигнала с ООС. Снять показания измерительных приборов, занести их в табл. 6.1. Рассчитать K* и Rвх используя выражения (6.1) и (6.2), значения занести в табл. 6.1.
Рассчитать используя три группы параметров усилителя согласно (6.9),
(6.10), (6.11):
к = |
|
1 |
|
− |
1 |
|
; |
(6.9) |
|||||||
|
К св* |
|
К |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
U |
= |
U ос |
|
; |
|
|
|
|
(6.10) |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
U вых |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
z = |
Zвх.св |
|
− |
|
1 |
|
|
(6.11) |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
Zвх К |
|
|
К |
|
||||||||||
Результаты вычислений занести в табл. 6.2, сделать выводы.
42
Таблица 6.2
Результаты вычислений
βк |
βU |
βz |
|
|
|
|
|
|
4.1.2. Исследование влияния параллельной отрицательной обратной связи на параметры усилительного устройства:
1) собрать схему согласно рис. 6.6.
Рис. 6.6. Схема исследования влияния параллельной отрицательной обратной связи на параметры усилительного устройства
В исходном состоянии ООС включена. Цепь обратной связи создается подключением резистора R = 6 кОм (цепь коллектор-база) — ключом 4 (клавиша 4). Режим демонстрации сигнала на выходе источника и на входе усилителя (базе транзистора) обеспечивается ключами 2, 3 (клавиши 2, 3);
2)активизировать осциллограф (двойное нажатие мышки на осциллографе);
3)активизировать схему в режиме усиления сигнала с ООС (клавиша
вверхней части экрана);
4)снять показания измерительных приборов (амперметров, вольтметров), занести их в табл. 6.3 (для удобства снятия показаний, дезактивировать схему).
Таблица 6.3
Показания измерительных приборов
Еист, мВ Iвх, мкА Uвх, мВ Uвых, мВ K |
K* Rвх, Ом |
ОС вкл
ОС выкл
43
Учесть, что K* принимает значения: K* и K*ос, Rвх принимает значения Rвх
иRвх.ос. В случае несимметричного расположения выходного сигнала, наблюдаемого на экране осциллографа, его действующее значение определить согласно (6.8). Рассчитать K*ос, Rвх используя выражения (1) и (2), значения занести в табл. 6.3;
5)отключить ОС в схеме усилителя (нажать клавишу 4). Активизировать схему в режиме усиления сигнала без ООС. Снять показания измерительных приборов, занести их в табл. 6.3. Рассчитать K* и Rвх используя выражения (6.1)
и(6.2), значения занести в табл. 6.3.
Рассчитать
используя две группы параметров усилителя согласно (6.9),
(6.4). Результаты вычислений занести в табл. 6.4, сделать выводы.
Таблица 6.4
Результаты вычислений
к
z
4.2. Исследование влияния положительной обратной связи на параметры усилительного устройства:
1) собрать схему согласно рис. 6.7.
Рис. 6.7. Схема исследования влияния положительной обратной связи на параметры усилительного устройства
В исходном состоянии ООС включена. Цепь обратной связи создается подключением резистора R = 200 кОм (цепь коллектор-база 1-го транзистора) — ключом 4 (клавиша 4). Режим демонстрации сигнала на выходе источника и на входе первого и второго усилителя (базе транзистора) обеспечивается ключами 2, 3 (клавиши 2, 3);
44
2)активизировать осциллограф (двойное нажатие мышки на осциллографе);
3)активизировать схему в режиме усиления сигнала с ООС (клавиша
вверхней части экрана);
4)снять показания измерительных приборов (амперметров, вольтметров), занести их в табл. 6.5 (для удобства снятия показаний, дезактивировать схему).
Таблица 6.5
Показания измерительных приборов
|
Еист, мВ |
Iвх, мкА |
Uвх, мВ |
Uвых, мВ |
K |
K* |
Rвх, Ом |
ОС вкл |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ОС выкл |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Учесть, что K* принимает значения: K* и K*ос, Rвх принимает значения Rвх и Rвх.ос. В случае несимметричного расположения выходного сигнала, наблюдаемого на экране осциллографа, его действующее значение определить согласно (6.8). Рассчитать K*ос, Rвх используя выражения (1) и (2), значения занести в табл. 6.5;
5)Отключить ОС в схеме усилителя (нажать клавишу 4) Активизировать схему в режиме усиления сигнала без ООС. Снять показания измерительных приборов, занести их в табл. 6.5. Рассчитать K* и Rвх используя выражения (6.1)
и (6.2), значения занести в табл. |
6.5. |
||
Рассчитать |
|
используя |
две группы параметров усилителя согласно |
(6.12), (6.13): |
|
|
|
|
|
к = |
|
1 |
− |
|
1 |
|
; |
|
|
|
|
|||
|
|
|
К |
К св* |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
Z |
ист |
|
|
|
|
|
|
|
Z |
вх |
|
|
|
|
= |
|
1 − |
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|||||
|
Z св |
|
* |
( Z |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
+ Z |
|
) |
||||||||
|
|
|
К |
|
ист |
вх |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Результаты вычислений занести в табл. 6.6, сделать выводы.
Результаты вычислений
(6.12)
(6.13)
Таблица 6.6
к |
|
z |
|
|
|
|
45 |
|
Контрольные вопросы
1.Виды ОС по входу.
2.Виды ОС по выходу.
3.Влияние ОС на коэффициент усиления усилительного устройства.
4.Влияние ОС на входное сопротивление усилительного устройства.
Литература
1.Кузовкин, В.А. Электротехника и электроника : учебник для СПО / В.А. Кузовкин, В.В. Филатов. — Люберцы : Юрайт, 2016. — 431 c.
2.Миленина, С.А. Электротехника, электроника и схемотехника : учебник
ипрактикум для СПО / С.А. Миленина, Н.К. Миленин. — Люберцы : Юрайт,
2016. — 399 c.
3.Синдеев, Ю.Г. Электротехника с основами электроники : учебное пособие для профессиональных училищ, лицеев и колледжей / Ю.Г. Синдеев. — Ро- стов-на-Дону : Феникс, 2013. — 407 c.
4. Программный пакет по лабораторным работам по электротехнике и электронике «Work bench» (интернет-ресурс — бесплатная версия).
46
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7. ИССЛЕДОВАНИЕ УСИЛИТЕЛЬНЫХ КАСКАДОВ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
1.Цель работы — экспериментальное исследование параметров и характеристик усилителя напряжения низкой частоты.
2.Задание на исследование:
1)исследовать параметры усилителя напряжения низкой частоты;
2)исследовать характеристики усилителя напряжения низкой частоты.
3. Краткие сведения из теории.
Усилителем называется устройство, предназначенное для повышения мощности входного сигнала.
Основным звеном усилителя является каскад усиления, который можно представить в виде четырехполюсника (рис. 7.1).
Рис. 7.1. Каскад усиления в виде четырехполюсника
Каскад усиления (усилитель) имеет ряд параметров и характеристик, определяющих основные свойства.
К ним относятся: коэффициент усиления, коэффициент полезного действия, входное и выходное сопротивления, амплитудная характеристика, ам- плитудно-частотная характеристика, фазочастотная характеристика, переходная характеристика, динамический диапазон усиления, уровень собственных помех, нелинейность.
Коэффициент усиления напряжения каскада (коэффициент передачи напряжения) определяется как отношение выходного напряжения U вых к входному напряжению U вх . :
47
K |
u |
=U |
вых |
/U |
вх |
; |
K |
u |
= K |
u |
ехр j |
u |
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
K |
u |
= K |
u |
=U |
вых |
U |
вх |
|
|
|
|
,
(7.1)
где K — модуль коэффициента усиления каскада; |
u = |
начальных фаз выходного и входного напряжений.
Коэффициент усиления тока представляет собой
вых.u − вх.u |
— разность |
отношение тока в нагруз-
ке I вых к току сигнала I вх :
K |
i |
= I |
вых |
/ I |
вх |
; |
K |
i |
= K |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
K |
i
i
ехр j i
=Ki = Iвых
I
где |
|
i |
= |
вых.i |
|
|
|
||
вх . |
|
|
|
|
− вх.i
,
(7.2)
Коэффициент усиления мощности Кp представляет собой отношение отдаваемой в нагрузку мощности Рвых к входной мощности Рвх (на средней частоте сигнала f0):
K |
p |
= P |
/ P |
= (U |
вых |
I |
вых |
) (U |
вх |
I |
вх |
)= K |
u |
|
вых |
вх |
|
|
|
|
|
Ki
.
(7.3)
Коэффициент полезного действия выходной цепи усилителя. Коэффи-
циент полезного действия выходной цепи представляет собой отношение мощности сигнала вых, отдаваемого выходной цепью, к потребляемой ею мощности Рц от источника питания выходной цепи:
= вых / Рц.
Это так называемый электронный коэффициент полезного действия. Су-
ществует еще понятие промышленного коэффициента полезного действия:
пром = вых / Ро = [Uвых × Iвых] / [E × I0] |
(7.4) |
где Ро — общая мощность, потребляемая усилителем.
Входное сопротивление усилителя Zвх представляет собой сопротивле-
ние между его входными зажимами на частоте усиливаемого сигнала:
Zвх = Uвх / Iвх. |
(7.5) |
Для усилителей низкой частоты в области средних частот входное сопротивление усилителя можно считать активным, пренебрегая его незначительной реактивной составляющей.
48
Выходное сопротивление усилителя Zвых представляет собой сопротив-
ление между его выходными зажимами (рис. 7.1):
Zвых = Uвых.хх / Iвых.кз |
(7.6) |
Для усилителей низкой частоты в области средних частот выходное сопротивление можно считать активным, пренебрегая его незначительной реактивной составляющей.
Амплитудно-частотная (АЧХ) и фазочастотная (ФЧХ) характеристики усилителя представляют собой соответственно зависимости K и от w, рис. 7.2:
K = f |
1 |
( ) |
|
|
|
= f2 |
( ), |
|
;
где
= 2 f
— угловая частота.
Амплитудная характеристика (АХ) усилителя представляет собой зависимость амплитуды выходного напряжения U вых.m от амплитуды подаваемого
на вход синусоидального напряжения U вх.m альная АХ - пунктирная линия на рис. 7.3.
неизменной частоты, рис. 7.3. Иде-
Рис. 7.2. АЧХ, ФЧХ |
Рис. 7.3. АХ |
Рис. 7.4. К определению |
|
|
динамического диапазона |
Динамический диапазон усилителя Dус, определяет возможности усилителя усиливать сигнал с возможно наименьшими нелинейными искажениями:
Dус |
= |
Uвх.makc |
= 20 q |
Uвх.макс |
, дБ |
(7.7) |
U вх.мин |
|
|||||
|
|
|
Uвх.мин |
|
||
49
где Uвх.мин и Uвх.макс соответственно наименьшая и наибольшая амплитуды входного сигнала, при которых усиление будет практически линейным (рис. 7.4).
4. Порядок проведения исследований.
4.1. Исследование параметров усилителя напряжения низкой частоты: 1) собрать схему усилителя (рис. 7.5).
Рис. 7.5. Схема усилителя
Величина ЭДС источника сигнала определяется номером варианта (табл. 7.1).
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 7.1 |
|
|
|
Номер варианта |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
№ варианта |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Е, мВ |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Режим демонстрации сигнала на входе усилителя напряжения обеспечивается ключом 1 (клавиша 1);
2)активизировать осциллограф (двойное нажатие мышки на осциллографе);
3)активизировать схему в режиме усиления сигнала (клавиша в верхней части экрана);
4)показания амперметров и вольтметров занести в табл. 7.2.
Таблица 7.2
Показания амперметров и вольтметров
Еист, мВ Iвх, мкА Uвх, мВ Iк, мА Iвых, мкА Uвых, мВ Iо, мкА Ек, В Iвых.КЗ, мкА Uвых.ХХ, мВ
50