Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Практикум по радиоэлектронике
.pdf
с общим эмиттером, приведена на рис. 6.3. Основное
назначение этого каскада – усиление по напряжению, однако
наряду с этим сигнал усиливается и по току, и по мощности
1
Рис. 6.3. Принципиальная схема резисторного усилителя
на биполярном транзисторе
.
Процесс усиления сигнала при работе в режиме А иллюстрирует рис. 6.4. Входной и выходной сигналы напряжения
находятся в противофазе, так как U
падает U
, так как Iк ~ Uвх. Эквивалентная схема усилительного
к
= Ек – IкRк и с ростом Uвх
к
каскада по переменному току приведена на рис. 6.5. Она составлена с учетом того, что сопротивление источника питания
Е
переменному току пренебрежимо мало. Транзистор
к
представлен эквивалентной схемой, в которой усилительные
свойства транзистора отражены включением в выходную цепь
генератора тока I
теристики транзистора I
= SUвх, S – крутизна проходной харак-
к
= f(Uб). Кроме того, учтено то, что
к
входная и выходная цепи транзистора обладают входным
и выходным сопротивлениями и емкостями.
Эквивалентная схема позволяет оценить влияние элементов схемы на параметры усилительного каскада на
различных частотах.
На средних частотах влиянием реактивных элементов
можно пренебречь, поэтому эквивалентная схема упрощается (см. рис. 6.6). Параллельное соединение R
заменено сопротивлением R
и R
сопротивлением R
5
экв
, а параллельное соединение R3
д
. Входное сопротивление усилителя
и R2.
1
71
меньше сопротивления транзистора, так как параллельно
RR
RR
тд
тд
R
включен резистор R
вх.т
д
⋅
вх
R
вх
.
=
вх
.
(6.1)
+
.
а – получение зависимости I
72
кп
Рис. 6.4. Процесс усиления сигнала при работе в режиме А:
= ϕ(t); б – получение зависимости Uк = ξ(t)
б
Рис. 6.5. Эквивалентная схема резисторного усилительного каскада
хэ
по переменному току
Рис. 6.6. Эквивалентная схема резисторного усилителя на средних частотах
Выходное сопротивление усилителя на холостом ходу
(при отключенном R
нением R
R
<< R
3
и R3 Обычно сопротивление в цепи коллектора
вых.т
, поэтому на холостом ходу R
вых.т
нагрузки уменьшает значение R
), определяется параллельным соеди-
5
≈ R3. Подключение
вых
.
вых
RR
⋅
R
вы
35
≈
RR
+
35
=
(6.2)
R
.
кв
На средних частотах коэффициент усиления по напряжению равен
K
≈ S ∙ R
u
. (6.3)
экв
В области высоких частот можно пренебречь влиянием С
С
, С2 и С3. Эквивалентная схема имеет вид, показанный на
1
рис. 6.7. Коэффициент усиления на высоких частотах меньше,
чем на средних, так как параллельно сопротивлению нагрузки
каскада R
подключена эквивалентная емкость
экв
вх
73
,
С
()
11
22
()
=⋅
K
()
экв
= С
+ С4; (6.4)
вх.т
и
где t
экв
= R
экв
K
∙ C
=
экв
SR
⋅
экв
ωτ ωτ
+⋅
()
экв
.
=
K
ср
+⋅
,
(6.5)
экв
На верхней границе полосы пропускания выполняется
условие:
M=2
при
Рис. 6.7. Эквивалентная схема резисторного усилителя на высоких частотах
K
ω1
,
Вэкв экв
На нижних частотах можно пренебречь влиянием входной
и выходной емкости транзистора С
нижних частотах приведена на рис. 6.8. На нижних частотах
коэффициент усиления меньше, чем на средних частотах. Не
учитывая влияние С
где t'
= R5 ∙ C2, а R5 играет роль Rвх следующего каскада. На
экв
нижней границе полосы пропускания
74
K
K
ср ср
==
UB
M
K
12ωτ
+
B
(6.6)
экв
RC.
. Эквивалентная схема на
4
и С3, имеем для нижних частот
1
K
=
U
Н
1
K
ср ср
==
U
H
M
ср
1
+
′
ωτ
()
нэкв
K
+
1
(6.7)
,
2
(6.8)
1
′
нэкв
2
ωτ
ω
11
RC
=
при
M = 2
Рис. 6.8. Эквивалентная схема резисторного усилителя на нижних частотах
,
н
=
⋅
52 2
⋅RC
вх
.
Практическая часть работы
Соберите схему (рис. 6.9) усилительного каскада с общим
эмиттером, используя следующие элементы:
V
– МП-16, R1 = 6,8 кОм, R2 = 1,2 кОм, R4 = 200 Ом,
1
R
= 2 кОм, C1 = 100 мкФ, С2 = 10 мкФ, СЗ = 500 мкФ,
5
С
= 4300 пФ, R3 = 1 кОм.
4
1
Рис. 6.9. Резисторный усилитель, собранный по схеме с общим эмиттером
Задание 1. Определение режима усилительного каскада по
постоянному току.
Используя ГН-2, подайте на схему напряжение питания
Е
= 9 В. Для измерения напряжения питания используйте
c
75
ИВ. Для измерения напряжение эмиттера Uэ подключите
АВМ-1 к точкам Х6 и ⊥. Измерьте U
. Отключите ABM-1. Для
э
подачи входного сигнала подключите ГЗ-118 к точкам X1 и ⊥,
а для измерения напряжения входного сигнала U
подклю-
вх
чите к точкам ХЗ и Х4 схемы вольтметр переменного напряжения, для измерения напряжения на выходе U
также под-
вых
ключите к точкам 1 и ⊥ вольтметр переменного напряжения.
Задание 2. Измерение амплитудной характеристики усилительного каскада
Установите частоту F = 1 кГц на ГЗ-118. Снимите амплитуд-
ную характеристику каскада U
= f(Uвх) и заполните табл. 6.1.
вых
Таблица 6.1
Зависимость U
Uвх, мВ 5 10 15 20 25 30 40 50 60
U
, В
вых
K
= f(Uвх)
вых
Постройте графики зависимости U
= f(Uвх) и K = ϕ(Uвх)
вых
по амплитудной характеристике определите максимально
допустимое напряжение сигнала на входе U
вх.макс
.
Задание 3. Измерение амплитудно-частотной характеристики усилительного каскада.
При значении входного напряжения U
= 15 мВ сними-
вых
те амплитудно-частотные характеристики усилительного
каскада при следующих значениях реактивных элементов:
а) С
= 20 мкФ, С2 = 10 мкФ, С3 = 500 мкФ, С4 = 4300 пФ.
1
б) С
= 20 мкФ, С2 = 0,1 мкФ, С3 = 500 мкФ, С4 = 4300 пФ.
1
в) С
= 20 мкФ, С2 = 10 мкФ, С3 = 500 мкФ, С4 = 0,1 мкФ.
1
г) С
= 20 мкФ, С2 = 10 мкФ, С3 = 1000 мкФ, С4 = 4300 пФ.
1
Заполните для каждого случая табл. 6.2.
Таблица 6.2
Зависимость U
F, Гц 10 20 50 100 200 1000 2000 5000 1042 1045 10410
U
, В
вых
K
76
= φ(Fвх)
вых
5
Постройте графики зависимости K = ϕ′(lg F) на одном ли-
==
сте (частота F в Гц).
В каждом из 4-х случаев определите границы полосы про-
пускания при значении коэффициента амплитудно-частотных искажений
MM
HB
2
.
В случае «а» рассчитайте входное сопротивление каскада
и коэффициент усиления каскада по напряжению, по току,
по мощности на средней частоте полосы пропускания; для
определения входного сопротивления транзистора в рабочей
точке R
и коэффициента передачи тока базы используйте
вх.т
входные и выходные характеристики транзистора, а для
определения рабочей точки – U
, полученное в ходе выпол-
э
нения задания 1.
Задание 4. Исследование влияния конденсатора С
Поставить в схему элементы: C
С
= 500 мкФ, С4 = 4300 пФ. Подайте на вход усилителя сиг-
З
= 20 мкФ, С2 = 10 мкФ,
1
.
З
нал с частотой 1 кГц и напряжением 15 мВ, а затем: а) измерьте U
чении U
; б) отключите СЗ и измерьте U
вых
.
вх
при том же зна-
вых
Контрольные вопросы
1. Основные качественные показатели работы усилителей.
2. Коэффициенты усиления. Связь между ними.
3. АЧХ усилителя.
4. Амплитудная характеристика усилителя.
5. Назначение элементов принципиальной схемы усилителя (усилительного каскада) с общим эмиттером.
6. Процесс усиления сигнала в усилительном каскаде с ОЭ.
7. Эквивалентная схема усилительного каскада с ОЭ.
8. Эквивалентная схема усилительного каскада на низких, средних, высоких частотах.
9. Входное сопротивление каскада с ОЭ.
10. Коэффициент усиления по напряжению каскада с ОЭ.
11. Влияние элементов схемы на границы полосы пропускания.
77
Лабораторная работа № 7
Обратные связи в усилителе
низкой частоты
Цель работы: Ознакомиться с видами обратной связи и спо-
собами их создания; исследовать влияние обратных связей на
параметры и характеристики усилителя низкой частоты.
Оборудование:
1. Лабораторный стенд.
2. Осциллограф.
3. Милливольтметр с высоким внутренним сопротивлением.
4. Генератор сигналов низкочастотный.
Рекомендуемая литература: [1], [2].
Введение
Обратная связь есть связь выходной цепи каскада усиления (или усилителя в целом) с его входной цепью. Цепь обратной связи характеризуется коэффициентом обратной
связи
сигнала и с каким фазовым сдвигом передается на вход.
зи возможны 2 случая: а) амплитуда суммарного сигнала
больше амплитуды входного сигнала, так как входной сигнал
и сигнал обратной связи синфазны (положительная обратная
связь); б) амплитуда суммарного сигнала меньше входного
сигнала, так как сигналы противофазны (отрицательная обратная связь). Обратная связь может быть как частотнозависимой, так и частотнонезависимой. В зависимости от способа
подключения цепи обратной связи ко входу и выходу различают обратную связь по току, по напряжению и смешанную;
последовательную и параллельную.
β=UU
ос вых
При сложении входного сигнала с сигналом обратной свя-
показывающим, какая доля выходного
78
Введение обратных связей в усилителе позволяет изме-
β0
нять такие качественные показатели работы усилителя, как
коэффициент усиления, ширину полосы пропускания, входное и выходное сопротивления.
Коэффициент усиления с последовательной обратной
связью рассчитывается по формуле:
K
ос
K
=
,
(7.1)
K
⋅1−β
гдеK–коэффициентусилениябезобратнойсвязи.
В простейших случаях при положительной обратной свя-
зи
, при отрицательной
K >
βK < 0.
Как следует из соотношения (7.1), отрицательная обратная связь снижает коэффициент усиления, а положительная – увеличивает, причем,
β1≈ K
K
→∞
ос
усилитель превращается в автогенератор. При
U
, то есть
вых
≠ 0
при U
= 0. Из соотношения
вх
при
этом
(7.1) видно также, что обратная связь влияет на АЧХ усили-
теля, причем даже в случае частотнонезависимой обратной
связи. Это влияние на различных частотах различно, так как
значения K на различных частотах неодинаковы. Глубина обратной связи тем больше, чем больше β. Изменится и ширина полосы пропускания: при отрицательной связи увеличится, при положительной – уменьшится.
Поскольку угол наклона прямолинейного участка амплитудной характеристики усилителя U
циент усиления K = U
взаимосвязаны, то при наличии
вых/Uвх
= f(Uвх) и его коэффи-
вых
обратной связи изменится и наклон амплитудной характеристики, а следовательно, и диапазон значений U
, при
вх
котором нелинейные искажения малы.
Влияние обратной связи на входное сопротивление зависит от характера и вида обратной связи: при положительной
последовательной обратной связи по напряжению входное
сопротивление уменьшается и при
βK > 1
может стать отрицательным (режим автогенерации), при параллельной положительной обратной связи – увеличивается; при отрицательной обратной связи эффект противоположный. При
положительной последовательной обратной связи по току
входное сопротивление уменьшается, при отрицательной –
увеличивается.
79
Влияние обратной связи на выходное сопротивление
усилителя зависит от вида связи и от способа присоединения
цепи обратной связи: по току или по напряжению. В случае
положительной обратной связи по напряжению R
возрас-
вых
тает, а в случае положительной обратной связи по току –
убывает, а при отрицательной обратной связи – наоборот.
Кроме того, применение отрицательной обратной связи
повышает стабильность коэффициента усиления при смене
транзисторов, изменении напряжения питания и т.п.
Дифференцируя выражение (7.1), в случае отрицательной
обратной связи получим, что относительное изменение
коэффициента усиления равно
dK
ос
=
K
ос
1
1
KK
+
()
dK
−
+
1ββ
1
d
β.
K
(7.2)
Поскольку при отрицательной обратной связи получаем, что
dK
K
ос
1
ос
≈⋅−
β
K
dK
K
β
d
(7.3)
,
β
то есть относительное изменение усиления с отрицательной
обратной связью примерно в K раз меньше чем без нее,
и сильно зависит от стабильности коэффициента обратной
связи. Поэтому к стабильности параметров цепи обратной
связи обычно предъявляют высокие требования.
При положительной обратной связи относительная неста-
бильность коэффициента увеличивается.
Практическая часть работы
Задание 1. Подготовка измерительной установки.
Соберите схему двухкаскадного усилителя (рис. 7.1),
используя следующие элементы:
V1V2 – МП16 R4 = 51 Ом R9 = 51 Ом
= 51 кОм R6 = 51 Ом R11 = 2 кОм
R
1
= 10 кОм R7 = 10 кОм С1 = 10 мкФ
R
2
= 1,2 кОм R8 = 1,2 кОм С2 = 5 мкФ
R
3
= 1 мкФ
С
4
80
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]