Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электроника и схемотехника. Методические указания к лабораторным работам.pdf
1
U
ВЫХ
, В
Кн
К0
Yн
1
U
ВЫХ
, В
Кн
Yн
Y
K
K
Н
Н
=
0
С
Н
, нФ
f , Гц
1
10
20
30
50
100
200
500
700
1000
U
ВЫХ
, В
Кн
К0
Yн
1
U
ВЫХ
, В
Кн
Yн
0,1
,
где К
0
= U
ВЫХ~
/U
– коэффициент усиления на частоте 1 кГц.
ВХ~
5.9 Снять две АЧХ на высоких частотах. Одна при отключенной нагру-
зочной емкости С4. Вторая при подключенной емкости С4 (R4 не подключать).
Результаты измерений занести в таблицу 5, аналогичную таблице 4. Частоты
для измерений взять 1, 10, 20, 30, 50, 70, 100, 200 кГц и т. д. до частоты 100
МГц или до тех пор, пока коэффициент передачи не снизится в 2 раза.
Табл. 5. АЧХ усилителя на ВЧU
=… ,U
ВХ
ВЫХ
=…
0
1
6 Указание к составлению отчета
6.1 Указать тип ПТ, К
и R2, используемые в исследуемом усилителе.
U
6.2 Привести схемы исследования, таблицы с результатами измерений,
осциллограммы сигналов на входе и выходе.
6.3 На графике построить АЧХ, Y= F(f) , полученные в п.п. 5.8 и 5.9, от-
кладывая частоту в логарифмическом масштабе.
21
Приложение А
№ вар
1 2 3 4 5
Тип ПТ
КP303А
КP303В
КP303I
КP303V
КP303Z
К
U
10
7,5
15 7 6
R2, кОм
10
7,5
8,2
3,9
8,2
№ вар
6 7 8 9 10
Тип БТ
КP307A
КP307B
КP307E
КP307V
KP308A
К
U
12 9 8 7 30
R2, кОм
8,2
3,9 3 2
12
№ вар
11
12
13
14
15
Тип БТ
KP308B
KP308D
KP308G
KP308V
КP303А
К
U
30
10
10
12
10
R2, кОм
15
5,1
8,2
10
7,5
№ вар
16
17
18
19
20
ТипБТ
КP303В
КP303I
КP303V
КP303Z
КP307A
К
U
9
12
9,5
5
7,5
R2, кОм
10
5,1
6,2
8,2
3,9
№ вар
21
22
23
24
25
ТипБТ
КP307B
КP307E
КP307V
KP308A
KP308B
К
U
8
10
12
40
25
R2, кОм
3
5,1
5,1
6,8
7,5
1
1,1
1,2
1,3
1,5
1,6
1,8
2,0
2,2
2,4
2,7
3,0
3,3
3,6
3,9
4,3
4,7
5,1
5,6
6,2
6,8
7,5
8,2
9,1
Табл. ПА. Варианты задания
Приложение Б
Табл. П2. Ряд Е24
Другие номиналы резисторов получаются умножением выше приведен-
ных номиналов на 10
n
, где n – целое положительное или отрицательное число.
22
Лабораторная работа 4.
Исследование усилителя с отрицательной обратной связью
1 Цель работы
Исследовать влияние цепей отрицательной обратной связи на основные
параметры и характеристики усилителя.
2 Подготовка к работе
2.1 Изучить следующие вопросы курса:
– сущность обратной связи (ОС), ее назначение;
– основные типы ОС (положительная и отрицательная ОС, по способу
снятия и подачи, структурные схемы усилителей для различных типов ОС);
– влияние ОС на основные параметры и характеристики усилителя (ко-
эффициент усиления, входное и выходное сопротивления, характеристики ам-
плитудную и частотную, нелинейные искажения и помехи).
2.2 При подготовке рекомендуется ответить на контрольные вопросы:
– дать определение основным понятиям:
– обратная связь положительная и отрицательная, по напряжению и току,
последовательная и параллельная;
– привести структурные схемы усилителя с различными вариантами об-
ратной связи по способу снятия сигнала и подачи на вход;
– почему в усилителях редко используется положительная ОС, в чем ее
недостатки?
– поясните влияние ООС на коэффициент усиления по напряжению;
– как влияет ООС на входное сопротивление усилителей при последова-
тельном и параллельном вариантах подачи ОС?
– как влияет ООС на выходное сопротивление при обратной связи по на-
пряжению, по току?
– как влияет ООС на амплитудную характеристику усилителя, его дина-
мический диапазон?
– как влияет ООС на АЧХ усилителя?
– пояснить влияние ООС на нелинейные искажения усилителя;
– пояснить влияние ООС на уровень собственных шумов и помех, попа-
дающих на вход усилителя;
– привести простейшие схемы транзисторных усилителей с ООС по на-
пряжению, по току;
– какой вид ОС в схеме эмиттерного (истокового) повторителя?
– какие варианты простейших усилительных схем с ООС можно реали-
зовать с использованием операционного усилителя?
3 Литература
3.1 Игнатов А.Н. и др. Классическая электроника и наноэлектроника. –
М.: Флинта: Наука, 2009.
23
3.2 Игнатов А.Н. и др. Основы электроники: Учебное пособие / СибГУ-
ТИ, 2005. – С. 128-130.
3.3 Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроника. – М.: Высшая школа, 1991.
3.4 Виноградов Ю.В. Основы электронной и полупроводниковой техники.
– М.: Энергия, 1972. – С. 318-362.
3.5 Цыкин Г.С. Усилительные устройства. – М.: Связь, 19. – С. 11-29, 30-
47, 361-367.
4 Описание принципиальной схемы ОУ, применяемого при исследо-
вании
Исследование усилителя с ООС проводятся на основе ОУ, принципиальная
схема которого приведена на рисунке 1. Он состоит из двух последовательно
включенных дифференциальных усилителей (ДУ) на транзисторах VT1, VT2 и
VT4, VT5. Транзистор VT3 является источником тока для ДУ. Транзистор VT6
с резистором R8 и источником тока на транзисторе VT7 образуют схему смещения уровня. Транзистор VT8 является эмиттерным повторителем. Вход In1
является инвертирующим, вход In2 – неинвертирующим.
Рис. 1. Принципиальная схема ОУ
Питание микросхемы осуществляется от источников U
П1
иU
, обеспечи-
П2
вающих двуполярное питание +15 В и -15 В. В процессе исследования исполь-
24
зуются также генераторы постоянного и переменного тока, вольтметры, осцил-
лограф и измеритель АЧХ.
5 Задание на работу в лаборатории
5.1 Для исследования из папки «Исслед. ОУ с ООС», расположенной на
рабочем столе, извлечь файл «Рис. 2» (тип транзистора выбирается по указанию
преподавателя из приложения А).
Определить параметры ОУ без ООС. Схема исследования изображена на
рисунке 2. Здесь выше приведенный ОУ (рисунок 1) заменен условно графическим отображением DA, R
ределения параметров, R
– измерительные резисторы, используются для оп-
i
– сопротивление нагрузки, вольтметры: PV1 – по-
11
стоянного тока, PV2 – переменного тока.
Рис. 2. Схема измерения параметров ОУ
5.2 В соответствии с вариантом, заданным преподавателем, установить
тип БТ дифференциального каскада VT1 и VT2 и эмиттерного повторителя VT8
из таблицы П.1 приложения, приведенного в конце указаний к выполнению ла-
бораторной работы.
5.3 Определить основные параметры усилителя и занести их в таблицу 1.
Для этого:
5.3.1 Установить значения измерительных сопротивлений R
i
1
=R
=10 Ом.
2
i
5.3.2 Сбалансировать ОУ при отсутствии сигнала переменного тока на
входе 1 (U
ния U
In1=UG1
СМ=UG2
вольтметра постоянного тока pV1 близкого к нулю (U
=0). На неинвертирующий вход In2 подать напряжение смеще-
и подбором величины этого напряжения добиться показания
≤ ± 0,1 В).
ВЫХ
5.3.3 Измерить коэффициент усиления по напряжению на переменном то-
ке. Установить частоту генератора G1 f = 100 Гц, напряжение входного сигнала
=0,1 мВ. Записать значение выходного напряжения U
U
G1
метром переменного тока pV2 в таблицу 1. Рассчитать К
, измеренное вольт-
Out
.
U
Примечание: все измерения, кроме исследования амплитудно-частотной
характеристики (АЧХ), проводить на частоте 100 Гц. При измерении коэффи-
25
циентов усиления и других параметров напряжение выходного сигнала U
Определение К
ОпределениеRВХ
ОпределениеR
UG1, мВ
0,1
U
, мВ
U
, мВ
U
, мВ
U
, мВ
U
, мВ
К
RВХ, кОм
R
, Ом
fПР, МГц
f1, МГц
не должно превышать 1 В.
5.3.4 Измерить входное сопротивление. Для этого произвести два замера
выходного переменного напряжения U
вольтметром переменного тока pV2:
Out
ВЫХ
а) U
б) U
при сопротивлениях R
Out1
при сопротивлениях R
Out2
1
i
1
i
= R
и R
2
i
i
= 10 Ом;
равных 10 кОм.
2
Результаты измерений записать в таблицу 1.
Табл. 1. Параметры ОУ
U
Out1
Out1
U
Out2
Out1
Out2
ВЫХ
Входное сопротивление ОУ определяется по формуле:
R
= (R
ВХ
где R
Восстановить значение сопротивлений резисторов R
+ R
1
i
иR
1
i
i
) ∙ U
2
i
равны 10 кОм.
2
Out2
/ (U
Out1
– U
), (кОм), (1)
Out2
1
i
иR
до 10 Ом.
2
i
5.3.5 Измерить выходное сопротивление:
при входном напряжении U
=0,1 мВ произвести два замера переменного
G1
напряжения на выходе ОУ:
а) U
б)U
при номинале нагрузочного сопротивления R
Out1
при значении нагрузочного сопротивления R11=1 кОм. Результаты
Out2
= 1 Мом;
11
измерений записать в таблицу 1.
Выходное сопротивление ОУ вычисляется по формуле
ВЫХ
= R
R
где R
Восстановить значение резистора R
5.3.6 Снять амплитудно-частотную характеристику ОУ K
∙ (U
11
= 1 кОм.
11
Out1
– U
Out2
) / U
, ( кОм) (2)
Out2
= 1 МОм.
11
=F(f).
U
Характеристику получают методом экспресс анализа: в опции Analysis
выбрать ACFrequence… В окне установить следующие значения:
Startfrequency 100 Гц – начальная частота АЧХ;
Endfrequency 100 МГц – конечная частота АЧХ;
SweeptypeDecade – шкала по оси частот;
Numberofpoints 50 – число точек, в которых производится измерения;
Verticalscalelog – логарифмическая шкала амплитуды;
Nodes in circuit 11 – вход 1;
Nodes for analysis 19 – точка выхода усилителя.
Анализ начинается с команды Simulate.
Пример характеристики приведен на рис. П.2
ВЫХ
26
При помощи курсора определить U
f, кГц
0,1
0,3 1 3
… U
ВЫХ
, В
U
ВЫХ/UВЫХ 0
f
ПР
= МГц
f1 = МГц
R
ОС1(А)
,кОм
R
ОС1(В)
, кОм
R
ОС2
, кОм
Определение К
U
ОпределениеRВХ
ОпределениеR
ВЫХ
UG1, мВ
U
, мВ
U
, мВ
U
, мВ
U
, мВ
U
, мВ
К
RВХ, кОм
R
, Ом
на частотах, указанных в таблице
ВЫХ
2, заполнить ее. Определить предельную частоту f
ления f
.Закрыть схему «Рис. 2».
1
Табл. 2. АЧХ.
и частоту единичного уси-
ПР
U
– выходное напряжение на частоте 100 Гц.
ВЫХ 0
Запрещается сохранять изменения в схеме.
5.4 Исследовать усилитель с параллельной ООС по напряжению (рисунок
3). Для этого из папки «Исслед. ОУ с ООС» открыть файл «Рис. 3». Установить
R
= R
i1
чаев. В качестве R
=1 Ом, R
i2
=1 МОм. Исследование усилителя проводится для двух слу-
11
1 и R
ОС
2 используются номиналы резисторов из таблицы
ОС
П.1.
Рис. 3. Схема исследования усилителя с параллельной ООС.
5.4.1 Сбалансировать ОУ (см. 5.3.2)
5.4.2 Измерить коэффициенты усиления по напряжению для двух задан-
ных номиналов резисторов R
G1 подбирается таким образом, чтобы U
в цепи обратной связи. Напряжение генератора
ОС1
находилось в пределах 0,5-1,0 В.
ВЫХ
Результаты занести в таблицу 3.
Табл. 3. Усилитель с параллельной ООС по напряжению
Out1
Out1
Out2
Out1
Out2
А
U ИЗМЕР
ВЫХ
27
К
U РАСЧ
fПР, МГц
f1, МГц
UG1, мВ
U
, мВ
U
, мВ
U
, мВ
U
, мВ
U
, мВ
К
RВХ, кОм
R
, Ом
К
fПР, МГц
f1, МГц
2
)2(
1121
)(
Out
OutOut
ВЫХ
U
R
UU
R
−
=
А
UВХ, В
U
ВЫХ
, В
В
UВХ, В
U
ВЫХ
, В
f, кГц
0,1
0,3
1 … U
ВЫХ
, В
А U
ВЫХ/UВЫХ0
U
ВЫХ
, В
В
U
ВЫХ/UВЫХ0
f
ПР(А)
= МГц
f
ПР(В)
= МГц
Out1
Out1
Out2
Out1
Out2
В
U ИЗМЕР
U РАСЧ
ВЫХ
5.4.3 Для двух значений R
ОС1(А)
и R
ОС1(В)
провести измерения входного со-
противления усилителя. Для этого измерить выходные напряжения U
для двух значений измерительных сопротивлений R
=1 кОм. Входное сопротивление ОУ определяется по формуле:
R
1(2)
i
R
ВХ
= R
i
1(2)
∙ U
Out2
/ (U
Out1
– U
Восстановить значение сопротивлений резисторов R
5.4.4 Для двух вариантов схемы R
этого измерить выходное напряжение U
ОС1(А)
Out1
и R
при R
11(1)
=1 Ом и
1(1)
i
), (кОм). (3)
Out2
= R
1
i
ОС1(В)
определить R
=1 Мом и U
= 1 Ом.
2
i
при R
Out2
кОм. Вычисление проводить по формуле
(4)
Out1
ВЫХ
и U
Out2
. Для
11(2)
=1
5.4.5 Для обоих вариантов R
рактеристики U
ОС1(А)
=F(UВХ). Результаты занести в таблицу 4.
ВЫХ
и R
ОС1(В)
исследовать амплитудные ха-
Табл. 4. Амплитудные характеристики
5.4.6 Для этих же вариантов схемы исследовать АЧХ U
мендуемые частоты при исследовании АЧХ – 100, 300, 10
ределить предельные частоты f
. Результаты исследования поместить в табли-
ПР
цу 5.
Табл. 5. АЧХ усилителя
=F(f). Реко-
3
ВЫХ
, 3⋅103 Гц и т.д. Оп-
U
ВЫХ 0
-выходное напряжение усилителя на частоте 100 Гц
28
5.5 Исследовать усилитель с последовательной ООС по напряжению (рис.
R
,
R
,
Определение К
U
Определение R
ВХ ОС
UG1,
В
U
,
мВ
К
МЕР
К
РАСЧ
U
,
мВ
U
,
мВ
R
,
кОм
4). Использовать резисторы R
5.5.1 Сбалансировать усилитель источником G2.
ОС1(А)
, R
ОС2
.
5.5.2 Измерить коэффициенты усиления. Установить R
=1Мом. Результаты занести в таблицу 3.
R
1
1
Рис. 4. Схема исследования усилителя с последовательной ООС
Табл. 3. Усилитель с последовательной ООС по напряжению.
= R
1
i
=1 Ом ,
2
i
ОС1
кОм
ОС2
кОм
Out1
U ОС, ИЗ-
U ОС,
Out1
Out2
ВХ ОС
5.5.3 Определить входное сопротивление усилителя. Для этого измерить
выходные напряжения U
тивлений R
1
i
формуле R
= R
=1 Ом и R
2
i
= R
ВХ
2
i
∙ U
Out1
Out2
и U
=1 Ом R
1
i
/ (U
Out1
для двух значений измерительных сопро-
Out2
=100 кОм. Вычисления произвести по
2
i
– U
), (кОм).
Out2
6 Указания к составлению отчета
6.1 Указать номер варианта, который исследовался в работе.
6.2 Привести схемы исследования, результаты измерений и вычислений,
все таблицы и графики амплитудных и амплитудно-частотных характеристик.
6.3 По результатам измерений п. 5.2 и 5.6 сравнить полученные значения
коэффициентов усиления с расчетными.
6.4 По результатам п. 5.3 и 5.6 сравнить полученные величины R
ВХ
.
6.5 По графикам амплитудных характеристик п. 5.7 определить дина-
мический диапазон входного сигнала, соответствующий линейному участку
обеих характеристик.
свойства усилителя.
6.6 Привести АЧХ К
/ КU0=F(f) и определить влияние ООС на частотные
U
29
6.7 По каждому из пунктов измерений сделать вывод о влиянии глубины
Паралл ООС
Посл ООС
R
,
кОм
R
,
кОм
R
,
кОм
R
,
кОм
R
,
кОм
ООС на характеристики и параметры усилителя.
Приложение А
Табл. А1. Варианты задания
№ вар VT1,VT2
VT8
ОС1(А)
ОС1(В)
ОС2
ОС1
1 КТ3102А КТ315А 1 20 100 20 100
2 КТ 3102В КТ316А 1,2 22 100 22 100
3 КТ 3102D КТ315А 1,4 24 100 24 100
4 КТ 3102E КТ316А 1,6 27 100 27 100
5 КТ 3102G КТ315А 1,8 30 100 30 100
6 КТ 3102V КТ316А 2 33 100 33 100
7 КТ 315B КТ315А 1 20 120 20 120
8 КТ 315E КТ316А 1,2 22 120 22 120
9 КТ 368B КТ315А 1,4 24 120 24 120
10 КТ 371A КТ316А 1,6 27 120 27 120
11 КТ 371B КТ315А 1,8 30 120 30 120
12 КТ 373A КТ316А 2 33 120 33 120
ОС2
13 КТ 373B КТ315А 1 20 110 20 110
14 КТ 373V КТ316А 1,2 22 110 22 110
15 КТ 375A КТ315А 1,4 24 110 24 110
16 КТ 375B КТ316А 1,6 27 110 27 110
Рис. П.2. АЧХ усилителя
30