Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электроника и схемотехника. Методические указания к лабораторным работам.pdf
муле
=
1
5.6 На частоте f
1
. (10)
(
Н2
1
1
+
модуль коэффициента усиления определяется по фор-
)
2
2
1
2
+
3
|
2
|
=
1
4
1+
(
+
2
1
2
)
4
(11)
Из этой формулы получаем
1
2
[(
1
+
=
4
2
1
)
2
2
2
]
3
Коррекция на ВЧ
5.7 Модуль коэффициента передачи на частоте f
|
Из этой формулы получаем, что корректирующая емкость С
1
|
=
+
1
1
2
3
2
+
равен
В1
1
(
21
2
2
1
(12)
4
(13)
2
)
2
равна
1
=
2
1
1
3
1
2
1
1
(14)
2
2
5.8 Модуль коэффициента передачи на частоте fВ2 равен
1
2
)
3
(15)
2
|
=
=
|
Отсюда корректирующая емкость С
1
=
3
2
2
(
1
2
3
равна
3
1
)
1
+
2
(
22
2
1
(16)
2
3
6 Экспериментальное исследование усилителя
Используя электронную лабораторию Multisim 14.0,собрать схему иссле-
дования (рисунок 2) с элементами, полученными в результате расчета. Снять
41
АЧХ и определить коэффициенты усиления на заданных частотах. Результаты
№
кОм
дБ
дБ
Гц
Гц
Гц
кГц
кГц
МГц
1 6 4,5
1,2 2 10
60
370
60
330
2,2
2
6,5
5
1,7
1,5 4 30
250
45
250
1,7 3 7
5,5 1 2
11
60
370
55
340
1,8
4
7,5
6,5
1
1,6
14
75
350
42
260
1,4 5 8
7,5
0,9
1,2
15
75
370
35
200
1,2
6
8,5
8
0,85
1,2
15
80
365
27
140
0,75 7 9
8,5
0,8
1,2
16
75
350
27
130
0,7
8
9,5
9
0,75
1
15
75
360
30
150
0,7 9 10
10
0,7
0,8
17
80
370
38
160
0,65
10
10,5
10
0,65
0,8
15
85
370
35
150
0,65
11
11
11
0,65
0,75
12
90
375
32
140
0,6
12
11,5
11
0,6
0,75
13
80
350
30
130
0,6
13
12
12
0,6
0,8
14
70
340
26
120
0,55
14
12,5
12 1 1
10
50
200
20
120
0,7
15
13
10
1,6
1,5
3,5
25
130
17
120
0,8
16
6,5
5,5
1,7
1,5 4 30
250
45
250
1,7
17 8 8
0,9
1,2
15
75
370
35
200
1,2
18
7,5
6,5
1
1,6
14
75
350
42
260
1,4
19
6
4,5
1,2 2 10
60
370
60
330
2,2
занести в таблицу 3. Сделать выводы.
Табл. 3. Результаты эксперимента
К
U
К
UН1
К
Задано
Получено
7 Содержание отчета
Отчет должен содержать:
7.1 Исходные данные (таблица 1).
7.2 Принципиальную схему усилителя.
7.3 Формулы с подстановкой цифровых значений элементов и результаты
расчета элементов схемы (таблица 2).
7.4 Результаты эксперимента, выводы (таблица 3).
Приложение А
Табл. А1. Варианты задания
Вар
R3,
К
МН,
U
М
,
В
UН
fН1,
К
fН,
UН2
fН2,
К
UВ1
fВ1,
К
UВ
fВ,
К
UВ2
fВ2,
42
20 9 9
0,8
1,2
16
75
350
27
130
0,7
21
10,5
11
0,65
0,8
15
85
370
35
150
0,65
22
11,5
12
0,6
0,75
13
80
350
30
130
0,6
23
8
7,5
0,9
1,2
15
75
370
35
200
1,2
24
12
12
0,6
0,8
14
70
340
26
120
0,55
25
13
11
1,6
1,5
3,5
25
130
17
120
0,8
43
Лабораторная работа 7.
Исследование бестрансформаторного усилителя мощности
1 Цель работы
Исследовать принцип действия и зависимость основных параметров бес-
трансформаторного усилителя мощности (УМ), работающего а различных режимах, от напряжения входного сигнала и сопротивления нагрузки.
2 Подготовка к работе
2.1 Изучить следующие вопросы курса:
– назначение усилителей мощности и их особенности;
– режим работы усилительных элементов: А, АВ, В и их свойства;
– бестрансформаторные схемы выходных каскадов, работающих в режи-
мах А, АВ, В, особенности построения и назначения элементов схемы;
– температурная стабилизация каскадов, работающих в режиме А, АВ, В;
– влияние уровня входного сигнала и сопротивления нагрузки на энерге-
тические показатели выходных каскадов, работающих в режимах А, АВ, В.
2.2 Изучить схемы исследования усилителей мощности (назначение эле-
ментов и принцип работы) и составить бланк отчета для занесения в него ре-
зультатов измерений.
2.3 При подготовке к работе рекомендуется ответить на следующие кон-
трольные вопросы:
– в чем состоит основное назначение усилителей мощности?
– каковы особенности работы усилительных элементов (транзисторов) в
выходных каскадах УМ?
– перечислить основные параметры (показатели) УМ;
– начертить временные диаграммы работы транзистора в режимах А, АВ,
В с использованием статических характеристик биполярного транзистора. Про-
вести сравнение режимов с точки зрения энергетических показателей.
– как объяснить увеличение КПД каскада, работающего в режиме В?
– каковы преимущества двухтактного бестрансформаторного каскада по
сравнению с трансформаторным?
– нарисовать двухтактную схему бестрансформаторного УМ на компле-
ментарных транзисторах. Объяснить назначение элементов схемы и принцип ее
работы;
– нарисовать двухтактную схему бестрансформаторного УМ на составных транзисторах. Объяснить назначение элементов схемы и принцип ее работы;
– объяснить, как выполняется графический расчет основных показателей
УМ: Р
ВЫХ
, Р0, Р
при заданных сопротивлении нагрузки R
– изобразить и объяснить зависимости: К
, η с использованием статических характеристик транзистора
К
и напряжении источника питания ЕП;
Н
U
сопротивления нагрузки;
– изобразить и объяснить зависимость К
U
, Р
входного сигнала при работе в режимах А, АВ, В.
44
, Р
ВЫХ
ВЫХ
, Р0, Р
, Р0,Р
, η от величины –
К
, η от напряжения
К
3 Литература
3.1 Павлов В.Н., Ногин В.Н. Схемотехника аналоговых электронных уст-
ройств.
3.2 Войшвилло Г.В. Усилительные устройства – М.: Радио и связь, 1983. –
С. 82, 104-106, 183-184, 203-211.
3.3 Цыкин Г.С. Усилительные устройства – М.: Связь, 1971. – С. 92-95,
115-117, 122-125. 137-140, 157-162.
3.4 Алексеев А.Г. и др. Усилительные устройства – М.: Радио и связь,
1986. – С. 82-84.
3.5 Конспект лекций.
4 Схема исследования
В данной лабораторной работе исследуется: бестрансформаторный уси-
литель мощности на дискретных элементах в режимах А, АВ и В.
Выходной каскад усилителя выполнен по бестрансформаторной схеме на
комплементарных транзисторах VT1 и VT2 (рисунок 1).
Рис. 1. Принципиальная схема усилителя
Оба транзистора включены по схеме с ОК (эмиттерный повторитель).
Один из режимов: А, АВ или В задается подбором величины резистора смеще-
ния R2.
Нагрузкой усилителя являются резистор R4, подключенный к выходу
усилителя. Конденсаторы С1, С2 и С3 являются разделительными.
Для измерения постоянного тока, потребляемого усилителем мощности
от источника питания, включен миллиамперметр (рА1).
45
Сигнал на вход усилителя подается от генератора гармонических колеба-
UВХ, В
0,5
1,0
1,5
2,0 … …
U
ВЫХ
, В
I
0
, мА
К
U
Р
ВЫХ
, мВт
Р
0
, мВт
Р
К
, мВт
η
Е
П
=
RН=
R2=
I01=
ний G1 с частотой 1 кГц.
Измерение напряжения на выходе оконечного каскада U
осуществля-
ВЫХ
ется с помощью вольтметра переменного тока рV1.
Осциллограф служит для наблюдения искажений сигнала на выходе уси-
лителя.
5 Задание на лабораторные исследования
5.1 Варианты задания задаются преподавателем и даны в приложении А.
5.2 Вывести на экран схему исследования (рисунок 1). Для этого найти
папку «Схемотехника», затем папку «Усилитель мощности», извлечь файл
«Рис. 1».
5.3 Установить согласно заданного варианта напряжение питания усили-
теля Е
(источник постоянного тока G2), для этого подвести курсор к источни-
П
ку G2, нажать левую клавишу мыши два раза, в появившемся окне аналогично
выставить сопротивление нагрузки R4. Все измерения проводятся на частоте 1
кГц. Для этого подвести курсор к генератору G1, нажать левую клавишу мыши
два раза, в появившемся окне выставить указанное напряжение и частоту, нажать «ОК». Вольтметр pV1 перевести на измерение переменного тока.
5.4 Исследовать зависимость основных параметров усилителя мощности
от уровня входного сигнала в режиме А. Для этого напряжение генератора G1
установить равным нулю и затем подбором резистора R2 выставить потребляе-
мый ток (РА1) примерно равный I
тора G1 от 0 до величины U
U
и тока потребления I0. Исследования провести в 8-10 точках. Результаты
ВЫХ
ВХ=ЕП
01≥ЕП
/3 В, снять показания выходного напряжения
/(3⋅R4). Затем, меняя напряжение генера-
занести в таблицу 2. Зарисовать осциллограммы входного и выходного напря-
жений при U
=1 В.
ВХ
Табл. 2. Зависимость параметров усилителя отU
ВХ
= U
2
ВЫХ⁄RН
, Р
0=ЕП⋅I0
, Р
К=Р0-РВЫХ
, η=
Р
5.5 Вычислить К
⁄ Р0.
ВЫХ
= U
U
ВЫХ⁄UВХ
, Р
ВЫХ
5.6 Исследовать зависимость основных параметров усилителя мощности
от уровня входного сигнала в режиме АВ. Для этого напряжение генератора G1
установить равным нулю и затем подбором резистора R2 выставить потребляе-
46
мый ток (РА1) примерно равный I02≈0,2⋅I
RН, Ом
U
ВЫХ
, В
I0, мА
К
U
Р
ВЫХ
, Вт
Р
0
, Вт
Р
К
, Вт
η
Е
П
=
UВХ=
. Затем, меняя напряжение генерато-
01
ра G1 от 0 до той же величины, что в п. 4.4, снять показания выходного напряжения U
и тока потребления I
ВЫХ
. Результаты занести в таблицу 2, которая
0
аналогична таблице 1. Зарисовать осциллограммы входного и выходного на-
пряжений при U
=1 В. Вычислить параметры усилителя.
ВХ
5.7 Исследовать зависимость параметров усилителя мощности от уровня
входного сигнала в режиме В. Для этого величину резистора взять равной
R2=1 Ом. Затем, меняя напряжение генератора G1 от 0 до той же величины, что
в п. 4.4 снять показания выходного напряжения U
и тока потребления I
ВЫХ
. Ре-
0
зультаты занести в таблицу 3, которая аналогична таблице 1. Зарисовать осцил-
лограммы входного и выходного напряжений при U
=1 В. Обратить внимание
ВХ
на искажение сигнала типа «ступенька». Вычислить параметры усилителя.
5.8 Исследовать зависимость параметров усилителя мощности от сопро-
тивления нагрузки в режиме В. Для этого установить максимальный уровень
входного сигнала U
ляемый от источника питания I
и измерить: выходное напряжение U
ВХ
. Сопротивление нагрузки берем в пределах
0
и ток, потреб-
ВЫХ
(0,2÷1) от заданного.
Результаты измерений занести в таблицу 3. По результатам измерений
рассчитываются зависимости основных параметров усилителя от сопротивле-
ния нагрузки.
Табл. 3. Зависимость параметров усилителя от R
Н
6 Содержание отчета
6.1 Схема исследования.
6.2 Таблицы измерений.
6.3 На графиках № 1, 2, 3 построить зависимость К
U
, Р
ВЫХ
, Р0, Р
и η от
К
напряжения входного сигнала для режимов А, АВ и В соответственно. Срав-
нить энергетические параметры усилителя при различных режимах.
6.4 На графике № 4 построить зависимость К
U
, Р
ВЫХ
, Р0, Р
и η от сопро-
К
тивления нагрузки.
6.5 Привести осциллограммы выходного напряжения усилителя для различных режимов работы усилителя.
47
Приложение А
Вариант
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Е
П
, В
12
12
12
12
12
12
15
15
15
R4, Ом
20
25
30
35
40
45
25
30
35
Вариант
10
11
12
13
14
15
16
17
18
Е
П
, В
15
15
18
18
18
18
18
18
18
R4, Ом
40
45
30
35
40
45
50
55
60
Вариант
19
20
21
22
23
24
25
26
27
Е
П
, В
21
21
21
21
21
21
24
24
24
R4, Ом
35
40
45
50
55
60
40
45
50
Табл. А1. Варианты задания
48
Лабораторная работа 8.
Варианты
1 2 3 4 5 6 7 8 9
10
11
12
13
14
15
R1, кОм
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
R2, кОм
20
22
24
26
28
30
32
34
36
38
40
42
44
46
48
C1, нФ
20
19
18
17
16
15
14
13
12
11
10 9 8 7 6
122
1
CR
f
C
⋅⋅⋅
=
π
Исследование активных фильтров
1 Цель работы
Изучить структуру простейших активных фильтров и их характеристики.
2 Подготовка к работе
2.1 Изучить следующие вопр
фильтров нижних и верхних частот, полосовых и режекторных.
2.2 Ответить на следующие контрольные вопросы:
– изобразить АЧХ НЧ, ВЧ, полосовых и режекторных фильтров;
– дайте определение основных параметров фильтров;
– приведите схемы НЧ и ВЧ фильтров 1-го и 2-го порядков. Укажите от-
личия в параметрах и характеристиках этих фильтров;
– приведите схемы полосовых RC
– изобразите схему узкополосного LC-фильтра и поясните способ изме-
нения его добротности;
– изобразите схему режекторного фильтра и поясните принцип его работы.
осы курса: структура и характеристики
-фильтров и поясните принцип их работы;
3 Литература
3.1 Игнатов А.Н. и др. Классическая электроника и наноэлектроника. –
М.: Флинта: Наука, 2009.
3.2 Алексеенко А.Г., Шагурин И.И.
собие для вузов. – М.: Радио и связь, 1990. – С. 398-408.
3.3 Игнатов А.Н. Микроэл
– Томск: Радио и связь, 1990. – С. 206-213.
3.4 Конспект лекций.
4 Задание в лаборатории
4.1 Собрать схему и исследовать АЧХ ФНЧ 1-го порядка (рисунок 1). Варианты элементов фильтра даны в таблице 1.
Табл. 1. Варианты задания
ектронные устройства связи и радиовеща-ния.
Микросхемотехника: Учебное по-
Рассчитать частоту среза:
(1)
49
2
f, Гц (кГц)
10
U
, В
U
ВЫХ 0
U
/U
1
f
f
С ИЗМ
21212
1
CC
RR
f
C
⋅⋅⋅⋅⋅
=
π
Рис. 1. Принципиальная схема ФНЧ 1-го порядка
Амплитудно-частотную характеристику получают методом экспресс-
анализа: в опции Analysis выбрать ACFrequence… В окне установить следующие значения:
Startfrequency 10 Гц – начальная частота АЧХ;
Endfrequency 1 МГц – конечная частота АЧХ;
SweeptypeDecade – логарифмическая шкала по оси частот;
Numberofpoints 50 – число точек, в которых производится измерения;
Verticalscalelog – логарифмическая шкала амплитуды;
Nodes in circuit 1 – вход фильтра (номер точки зависит от последователь-
ности сборки схемы и может иметь другое значение. Узнать номер точки можно выделив правой клавишей мыши ComponentProperties…);
Nodesforanalysis3 – точка выхода фильтра (может иметь другое значе-
ние).
Анализ начинается с команды Simulate. Пример характеристики дан на
рисунке П.1
Установить минимальную частоту анализа АЧХ 10 Гц, а максимальную
частоту 1 МГц. При помощи курсора определить напряжение U
ВЫХ 0
на частоте
10 Гц. Результат занести в таблицу 2. Затем определить частоты, на которых
напряжение на выходе снижается примерно в
, 2, 3, 5, 7, 10 и 20 раз.
Табл. 2. АЧХ ФНЧ 1-го порядка
ВЫХ
ВЫХ
С РАСЧ
ВЫХ 0
4.2 Исследовать ФНЧ 2-го порядка (рисунок 2). Величины элементов
фильтра берутся из таблицы 3. Частота среза определяется как
(2).
50