Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Схемотехника аналоговых электронных устройств. Учебно-методическое пособие
.pdf
Далее конденсатор начнет заряжаться со скоростью, которая опре-
р
р
р
R
деляется постоянной времени
. Напряжение на конденсаторе начнет
расти, а ток через нагрузку, а значит, и выходное напряжение, будут
уменьшаться. Это и приведет к появлению спада Δ. Когда напряжение
на конденсаторе практически будет равно входному, ток через нагрузку прекратится и выходное напряжение будет равно нулю. Чем больше
постоянная времени
, тем медленнее будет заряжаться конденсатор
и тем меньше будет спад Δ (рис. 5.8).
ˆ
ht
1
р2 р1
2
р1
1
0
Рис. 5.8. Семейство нормированных ПХ резисторного
каскада в области больших времен при
t
и
СС
р1 э
Таким образом, для улучшения формы ПХ в области больших времен (для уменьшения Δ) необходимо принимать те же самые меры
(увеличение
), как и для расширения полосы пропускания в сторону
нижних частот.
С
Теперь рассмотрим влияние конденсатора в цепи эмиттера
АЧХ и ПХ, полагая, что
СС и параметры транзистора не
р1 р2
на
э
зависят от частоты, так как рассматривается только область нижних
частот, в которой не сказываются частотные свойства транзистора.
С других реактивностей в схеме (см. рис. 5.2) нет и АЧХ
При
имеет вид прямой (идеальна!) (рис. 5.9). При
э
31
С за счет
э
возни-
э
кает частотно-независимая ООС, которая уменьшает коэффициент
g
R
R
усиления. Глубина ООС будет определяться выражением
1FRg
,
э
где
ggg g сумма g-параметров транзистора.
21 11 22 12
Kf
K
0
2
K
0
1
g
э
С
СС
э2 э1
э
С
э1
1
0С
э
f
Рис. 5.9. Семейство АЧХ резисторного каскада в области нижних
частот при
СС
р1 р2
Для пояснения работы этой ООС на частоте сигнала рассмотрим
схему, показанную на рис. 5.2. Работой транзистора управляет напря-
u
жение
равно входному напряжению
При наличии же ОС (при
, которое в отсутствие ОС по переменному току
бэ
u
.
вх
С
= 0) напряжение
э
собой разность входного напряжения
лении
, т. е.
э
u
бэ
u
и напряжения на сопротив-
вх
()С
э
представляет
uuu uiRuiR
.
бэ вх вх э э вх к эR
э
Значит, при введении ОС и при неизменном входном напряжении
u
уменьшится управляющее напряжение бэu , а значит, и
вх
напряжение на выходе
ента усиления
u , что приведет к уменьшению коэффици-
вых
/ku u. Согласно классификации, приведенной
вых вх
в [1], это последовательная ООС по току.
32
При
R
t
стот. С понижением частоты сопротивление
constС
э
ООС нейтрализуется только в области средних ча-
1/ С
растет и появляет-
э
ся ООС (последовательная по току), глубина которой тем больше, чем
ниже частота (кривая 1). Если увеличить емкость
С
, то действие ООС
э
будет проявляться на более низких частотах (кривая 2), т. е. произойдет расширение полосы пропускания в сторону нижних частот.
На рис. 5.10 показаны ПХ каскада в области больших времен в
предположении, что
СС . При эС и эС ПХ – иде-
р1 р2
альны. Прямая 2 проходит ниже, так как в этом случае (см. рис. 5.2)
R
uU
бэ вх
При
СС и скачкообразном изменении напряжения
ээ1
вх
вх 21 э
напряжение на емкости не может измениться скачком и
мере заряда емкости
уменьшаться, стремясь к прямой при
U
вх
С напряжение
э
)(ut
бэ
С .
э
С
э
.
hR
() ()
utU u t
будет
бэ вх
)(ut
1
uU. По
бэ вх
С
э
U
вх
RhR
R
вх
вх 21 э
СС
С
э1
0С
э
0
э2 э1
Рис. 5.10. Семейство ПХ резисторного каскада в области
больших времен при
При
СС
э2 э1
скорость заряда емкости
снизится скорость спадания напряжения
СС
р1 р2
С уменьшится, а значит,
э
)(ut (уменьшится спад
бэ
плоской вершины).
33
5.3. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
ИССЛЕДОВАНИЕ КАСКАДА В ЧАСТОТНОЙ ОБЛАСТИ
1. Собрать исходную схему каскада, в которой задействованы сле-
дующие элементы:
100С пФ. Цепи низкочастотной и высокочастотной коррекции
н1
э1
470С
мкФ,
р1
10С
мкФ,
н1
560R
Ом,
отключены. Подключение/отключение элементов легко контролировать по светодиодным индикаторам, расположенным рядом с переключателями.
2. Включить питание ПК и запустить программу «Мультимер».
На дисплее ПК появится главное окно измерительного стенда с набором доступных измерительных приборов (см. разд. 3.2).
3. Настроить аналого-цифровой преобразователь
, установив часто-
ту отсчетов 1 МГц и длину записи 5000.
4. Включить генератор сигналов (см. разд. 4.2), выбрать синусои-
дальный сигнал с амплитудой 30…40 мВ и частотой 1 кГц, смещение 0, фазу 0.
5. Включить оба канала осциллографа (см. разд. 4.1). Канал 1 соответствует входу усилителя, канал 2 – выходу. Для первого канала
установить чувствительность 0,2 В, а для второго – 4 В.
Оба канала
переключить в режим АС, при котором отображается только переменная составляющая сигнала. Для контроля входного сигнала выход
Handyscope необходимо соединить с входом CH1, используя прилагаемый тройник.
6. В окне «Источник запуска» выбрать «Генератор», а в окне «Ре-
жим запуска» – «Возрастание».
7. По наличию осциллограмм входного и выходного сигнала убе-
диться
в работоспособности собранной установки.
8. Снять амплитудную характеристику, установив верхний предел
изменения амплитуды входного сигнала около 0,2 В и количество точек
характеристики 100. Занести снятую АХ в отчет. Определить уровень
входного сигнала, соответствующий (приблизительно) середине линейного участка. Установить этот уровень на выходе генератора сигналов.
9. Во вкладке «Шкала» ВП «Осциллограф» задать нижние
и верхние пределы осей и единицы измерения таким образом, чтобы на
экране отображалось два периода сигнала и размеры изображения выходного сигнала были максимально возможными. Далее канал 1 следует отключить.
34
10. Принимая
R
ка сигнала
, измерить коэффициент передачи по напряжению (5.1) и
c
510R
Г
Ом за внутреннее сопротивление источни-
сквозной (5.2) коэффициент передачи каскада. Используя полученные
значения и выражение (5.2), рассчитать входное сопротивление каска-
да
()R .
вх
11. Для исходной схемы снять две нормированные АЧХ в диапазоне частот от 10 Гц до 1 МГц, используя логарифмический масштаб
по оси частот. В первом случае по оси коэффициента передачи применить линейный масштаб, а во втором – логарифмический (децибелы).
Оба графика АЧХ внести в отчет. Найти верхнюю и нижнюю частоту
среза, а
также уровень частотных искажений на частотах 50 Гц и
400 кГц.
12. В исходной схеме изменить величину емкости нагрузки, подключив конденсатор
470С пФ вместо
н2
лем SA6. Снять нормированную АЧХ (линейный масштаб по оси Y и
н1
100С
пФ переключате-
логарифмический по оси X), определить частоты среза. График АЧХ
внести в отчет, а частоты среза – в таблицу.
13. Вернуться к исходной схеме. Изменить сопротивление внешней
нагрузки с
560R Ом на н2R Ом переключателем SA5. По-
н1
вторить измерения п. 12.
14. Вернуться к исходной схеме и изменить емкость разделительного конденсатора с
0С мкФ на р2С мкФ переключате-
р1
лем SA4. Повторить измерения п. 12.
15. Вернуться к исходной схеме и изменить емкость конденсатора в
цепи эмиттера с
э1
мкФ на
э2
47С
мкФ переключателем SA3.
470С
Повторить измерения п.
16. Используя Excel или другие программы, изобразить на одной
диаграмме по нескольку графиков АЧХ. К графикам, полученным в
пунктах 12, 13, 14 и 15, добавить график для исходной схемы (п. 11).
ИССЛЕДОВАНИЕ КАСКАДА ВО ВРЕМЕННОЙ ОБЛАСТИ
17. Собрать исходную схему (см. п. 1).
18. Настроить аналого-цифровой преобразователь, установив частоту отсчетов 10 МГц и длину записи 5000.
19. На генераторе сигналов выбрать прямоугольный сигнал той же
амплитуды, что и гармонический сигнал, как и в п. 8, установить
35
коэффициент заполнения (см. приложение А) 50 %, а частоту следования примерно 30 кГц. Отключить канал 1, активизировать курсоры.
20. Во вкладке «Шкала» ВП «Осциллограф» задать нижние и верхние пределы осей и единицы измерения таким образом, чтобы на
экране отображался передний фронт только одного импульса и размеры изображения выходного сигнала были максимально возможными.
При необходимости изображения импульса можно смещать как по оси
напряжения (ВП «Генератор сигналов» – «Смещение»), так и по оси
времени (узкое окошко справа под экраном осциллографа).
21. Используя оба курсора, определить время установления (см.
приложение А) для схем, соответствующих пунктам 11–15. Измерения
производить при нажатой кнопке «Пауза». Необходимо следить, что-
бы за время
действия импульса фронт успел дорасти до установив-
шегося значения. В противном случае надо уменьшить частоту следования (увеличить длительность импульса). Полученные результаты
занести в таблицу, а осциллограммы – в отчет.
22. Вернуться к исходной схеме (см. п. 1), установить частоту от-
счетов 1 МГц. Выставить на генераторе сигналов частоту следования
импульсов 1 кГц (длительность
импульсов 500 мкс).
23. Задать нижние и верхние пределы осей и единицы измерения
таким образом, чтобы на экране отображался как минимум один импульс. Используя оба курсора, определить спад плоской вершины импульса (см. приложение А) для схем пунктов 11–15. Измерения производить при нажатой кнопке «Пауза». Занести полученные результаты в
таблицу, а
осциллограммы – в отчет.
24. При оформлении отчета следует объединить осциллограммы
пунктов 11 и 12, 11 и 13, 11 и 14, 11 и 15 как для области малых, так и
больших времен.
25. Заполненную таблицу предъявить преподавателю.
26. Скомпоновать результаты измерения в отчете.
27. Сделать выводы по работе, включающие в себя:
объяснение влияния элементов усилительного каскада на формы
АЧХ и переходной характеристики;
способы расширения полосы пропускания каскада и уменьшение
переходных искажений на основании полученных результатов;
объяснение связей между частотными и переходными искаже-
ниями.
36
Экспериментальные данные
Электрическая схема
Исходная
Пара-
метр
fнс, Гц
схема:
R
= 560 Ом
н
= 100 пФ
С
н
С
= 10 мкФ
р
= 470 мкФ
С
э
R
= 560 Ом
н
= 470 пФ
С
н
С
= 10 мкФ
р
= 470 мкФ
С
э
= 240 Ом
R
н
= 100 пФ
С
н
С
= 10 мкФ
р
= 470 мкФ
С
э
= 560 Ом
R
н
= 100 пФ
С
н
С
= 1 мкФ
р
= 470 мкФ
С
э
= 560 Ом
R
н
= 100 пФ
С
н
С
= 10 мкФ
р
= 47 мкФ
С
э
fвс, кГц
tу, мкс
Δ, %
5.4. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Какая схема называется линейной?
2. Какие коэффициенты передачи вы знаете?
3. При каких условиях сквозной коэффициент передачи
K будет
е
равен коэффициенту K?
4. От чего зависит входное сопротивление каскада?
5. Что называется амплитудно-частотной и фазочастотной характеристикой?
6. Как можно снять АЧХ и ФЧХ?
7. При каком уровне сигнала должны сниматься АЧХ и ФЧХ?
8. Что такое переходная характеристика?
9. Как связаны между собой АЧХ и переходная характеристика?
10. Назовите
виды линейных искажений, причины их возникновения
и способы оценки.
11. Как изменится форма выходного импульса при расширении по-
лосы пропускания каскада в сторону верхних (нижних) частот?
12. Как влияет изменение емкости разделительного конденсатора на
характеристики каскада?
13. Объясните влияние емкости и сопротивления нагрузки на АЧХ и
переходную характеристику каскада.
14. Объясните влияние емкости
эмиттерного конденсатора на АЧХ и
переходную характеристику каскада.
37
R
R
6. ИССЛЕДОВАНИЕ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО
УСИЛИТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА
(РАБОТА № 2)
Цель работы: изучить принцип действия дифференциального уси-
лителя (ДУ), определить реакции ДУ на дифференциальные и синфазные сигналы, приобрести навыки измерения параметров ДУ на переменном и постоянном токе.
6.1. ОПИСАНИЕ СХЕМЫ ЛАБОРАТОРНОГО МАКЕТА
Исследуемая схема ДУ и все необходимые для выполнения работы
дополнительные элементы находятся на плате лабораторного стенда
(рис. 6.1). Она содержит следующие узлы.
1. Согласованную пару транзисторов VT1 и VT2 c коллекторными
нагрузками
к1
и
каскад.
2. Генератор стабильного тока (ГСТ) для питания дифференциального каскада (элементы VT3, R13-R16, VD1 и SA3). Переключатель SA3 позволяет изменять величину тока, формируемого ГСТ (до-
ступны два значения тока:
3. Резисторы R3–R7, образуют мост для формирования регулируемого постоянного синфазного напряжения. Установленное резистором R6 значение синфазного напряжения можно проконтролировать
вольтметром постоянного тока на гнезде X2.
4. Мост для формирования регулируемого постоянного дифференциального напряжения на резисторах R8–R12. Установленное резистором R11 значение дифференциального напряжения можно проконтролировать на гнезде X1.
, образующую исследуемый дифференциальный
к2
I и
ГСТ1
I ).
ГСТ2
38
39
«Дифференциальный усилитель постоянного тока»
Рис. 6.1. Принципиальная схема лабораторного макета № 2
5. Переключатель SA1 управляет подачей сигнала на вход ДУ.
R
В верхнем положении переключателя на один вход ДУ подается сигнал с гнезда X1, а второй вход подключается к общему проводу. Таким
образом реализуется подача дифференциального сигнала. В нижнем
положении переключателя SA1 на оба входа ДУ подаются одинаковые
сигналы с гнезда X2, т. е. реализуется подача
6. Резистор
*
и переключатель SA2 образуют цепь, нарушаю-
к2
синфазного сигнала.
щую симметрию схемы ДУ за счет уменьшения сопротивления коллекторной нагрузки транзистора VT2.
7. При исследовании ДУ на постоянном токе для измерения напряжений используется универсальный вольтметр M830-B (см. приложение Б) или DT-830В. Для исследования ДУ на переменном токе применяется прибор Handyscope HS3-100.
6.2. ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ
И ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
Дифференциальный каскад (усилитель) – балансная (мостовая) усилительная схема, имеющая два симметричных входа и реагирующая (в идеале) только на разность напряжений, приложенных к этим входам.
Синфазные сигналы в случае гармонических сигналов – это сигна-
лы, имеющие одинаковую амплитуду и фазу.
Дифференциальные сигналы в случае гармонических сигналов – это
сигналы одинаковые по амплитуде,
но противоположные по фазе.
Напряжение смещения нуля – это дифференциальное напряжение,
которое необходимо подать на вход ДУ для того, чтобы на его симметричном выходе установилось нулевое напряжение.
Дрейф нуля – изменение во времени конечного напряжения на выходе ДУ при отсутствии входных сигналов, обусловленное несимметричностью ДУ и воздействием на него различных
дестабилизирующих
факторов.
Коэффициент ослабления синфазного сигнала – отношение коэффициента передачи дифференциального сигнала
передачи синфазного сигнала
():K
c
K
K
ос.сф
20 lg
. (6.1)
д
K
c
()K к коэффициенту
д
40
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]